EP0344042B1 - Dispositif de transfert à piston refroidi d'une composition métallique en fusion sur une presse verticale de moulage à forte pression - Google Patents

Dispositif de transfert à piston refroidi d'une composition métallique en fusion sur une presse verticale de moulage à forte pression Download PDF

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EP0344042B1
EP0344042B1 EP19890401324 EP89401324A EP0344042B1 EP 0344042 B1 EP0344042 B1 EP 0344042B1 EP 19890401324 EP19890401324 EP 19890401324 EP 89401324 A EP89401324 A EP 89401324A EP 0344042 B1 EP0344042 B1 EP 0344042B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
molten metal
plunger
transferring
metal composition
piston
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP19890401324
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German (de)
English (en)
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EP0344042A1 (fr
Inventor
Jean-Claude Le Moine
Pierre Bres
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BEAUJOLAISE DE FONDERIE - SOBEFO Ste
Societe Nationale des Poudres et Explosifs
Original Assignee
BEAUJOLAISE DE FONDERIE - SOBEFO Ste
Societe Nationale des Poudres et Explosifs
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Filing date
Publication date
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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
    • 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
    • B22D17/2015—Means for forcing the molten metal into the die
    • B22D17/2038—Heating, cooling or lubricating the injection unit
    • 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
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/2015—Means for forcing the molten metal into the die
    • B22D17/203—Injection pistons

Definitions

  • the invention relates to a device for transferring a molten metal composition under high pressure, this system having a piston provided with a cooling system.
  • Known pressure molding apparatuses mostly have a molten metal injection system arranged so as to vertically inject molten metal into molds.
  • supply device means a device into which the melt composition is introduced.
  • the main difficulty of the high pressure molding method is to prevent the molten metal from cooling too much during its transfer into the mold. Indeed the cooled metal sees its viscosity increase, which seriously harms the maintenance of the pressure during the pressing operation and as a corollary to the quality of the molded parts.
  • the most elaborate are provided with feeding devices aimed at reducing the transfer time by acting on the feeding mode of the molten metallic composition.
  • Patent FR 2 446 145 relates to a machine for casting under vertical pressure in which the fusion takes place directly within the machine by means of an electromagnetic coil.
  • the metal is introduced while it is solid by a mechanical arm.
  • the melting chamber is arranged coaxially under an injection cylinder to reduce the time between the melting of the metal and its injection into the mold.
  • Patent EP 164,301 describes a vertical pressure molding apparatus comprising two modules.
  • the lower module consisting of the piston and the injection cylinder is mounted in rotation on an axis so that the molten composition can be poured directly into the injection cylinder and, by a simple angular movement, brought quickly under the upper module in order to undergo the pressing operation inside the mold.
  • the supply device therefore comprises the injection cylinder itself.
  • the piston pushes the metal back into the mold at high speed so as to guarantee proper filling of the latter.
  • the introduction of molten material into the injection chamber has the effect of causing significant heating, on the one hand of the front wall of the injection piston serving as a base for the injection chamber. injection, on the other hand of the same walls of the chamber.
  • French Patent No. 2,416,754 describes a device for cooling the injection piston using a cooling water circuit inside the piston connected to a water distribution network and coupled to a water flow control.
  • European patent EP 116 906 describes an injection piston provided with a more elaborate internal cooling system consisting of a pipe delimited by the internal walls of the piston and by a mouthpiece provided with a tube for feeding the cooling liquid.
  • the technical problem which the invention proposes to solve is complex.
  • the transfer time of the molten metal must be fast to ensure good filling of the mold and good quality of the molded parts.
  • the metal to be molded must not have an excessively high temperature in order to avoid the problems of expansion and metallurgy explained above which adversely affect the life of the press and the metallurgical quality of the molded parts.
  • the subject of the present invention is a device for the transfer under pressure of a molten metal composition provided with a piston with a privileged peripheral cooling zone making it possible to obtain, for the very short time of the transfer of the molten metal composition, self-construction a seal while avoiding the problems relating to thermal expansion of the piston and seizing on the walls of the injection chamber.
  • the object of the invention is to produce a tight seal between the piston and the wall of the injection chamber, so as to avoid any flow of molten material while ruling out the possibility of excessive cooling of the front part of the piston, in order to overcome the drawbacks mentioned in the introduction.
  • This molding apparatus can be used for molding materials having a melting point above 400 ° C, i.e. metals and alloys.
  • metals and alloys i.e. metals and alloys.
  • the designation "metallic composition” should be understood as including metals and alloys, in particular composite alloys with a metallic matrix.
  • the working pressures generated by the piston vary from 200 to 800 bars.
  • the device for transferring molten metal composition according to the invention consists of an upper module, produced according to a method known from the prior art and in which the mold can be placed, and of a lower module comprising a device and a piston.
  • the piston has a privileged cooling zone located at the periphery of its front wall, this sliding piston with a predetermined clearance inside the supply device containing the metallic composition to be discharged.
  • the front wall of this piston is provided with a peripheral chamfer forming with the front wall an acute angle less than 45 ° and preferably between 25 ° and 35 ° and delimiting with the wall of the injection chamber a frustoconical cavity .
  • the piston is also provided with an internal cooling circuit comprising a peripheral groove hollowed out in the front wall of the piston, this groove making it possible to transform the peripheral chamfer mentioned above into a privileged cooling zone.
  • the front wall of the piston has a thickness which is at least twice as great in its central part as in its peripheral part.
  • the central part is thus much less cooled than the peripheral part.
  • the front wall of the piston is coated with a heat shield.
  • This shield consists of a layer of a material having, on the one hand a sufficiently low thermal conductivity coefficient, that is to say less than that of the piston head, and on the other hand a hardness greater than that of the piston head.
  • the materials preferably used are carbides and nitrides such as chromium carbide or tungsten carbide, of the type sold by Union Carbide under the brand UCAR.
  • the piston ring is also entirely or partially coated with thermal protection to improve the sliding between the piston and the wall of the chamber and also having an anti-wear role.
  • the cooling zone is in connection with a cooling circuit the flow of which is adjustable: - At first, corresponding to the period preceding the introduction of the molten molding material, the flow rate of the coolant is low so as not to excessively cool the piston, while avoiding the risks of vaporization; - Secondly, during which the molten molding material is introduced, the flow is high to ensure good cooling of the preferred peripheral zone of the piston.
  • the device for supplying molten metal can be any system described in the prior art, such as the device described in patent EP 164,301.
  • the molten metal is introduced directly into the injection cylinder.
  • this supply system resides in a bottomless container which can slide horizontally and sealingly on a heating floor from a loading position. to a molding position and vice versa. When the container is in the molding position, it constitutes the upper part of the injection chamber.
  • the pressure molding apparatus described below is made of steel alloyed with 5% chromium, commonly used in the treated state in the production of molds.
  • the press body 9 consists, on the one hand of a frame 1 surmounted by an asbestos seal 34 and equipped with a heating hearth 2 and in which is arranged along a vertical axis an injection cylinder 3 and d on the other hand, a bottomless container 5 which can slide on the floor 2 in a horizontal movement so as to be placed coaxially with the injection cylinder 3.
  • the bottomless container is shown in the molding position, while the loading position is shown in thin phantom.
  • the piston 4 slides vertically in the injection cylinder and is here shown in the low position.
  • the bottomless container 5 delimits a cylindrical space which constitutes the upper part of the injection chamber 6, the part bottom of this chamber being delimited by the injection cylinder 3.
  • the internal diameter of the bottomless container 5 is the same as that of the injection cylinder 3.
  • the walls of the bottomless container 5 are thermally insulated and treated with anti-adhesion.
  • This bottomless container 5 is further provided with an internal preheating system 8.
  • the bottomless container slides by a horizontal movement at variable speed on the heating floor 2 also thermally insulated and treated non-stick.
  • the sole 2 is provided with a heating means 33.
  • the sole 2 is only heated on one part, corresponding approximately to the area in contact with the container when the latter is in the loading position. This position is shown in thin dashed lines.
  • the thermal insulation and the anti-adhesion treatment of the walls of the bottomless container 5 and of the surface of the heating sole 2 are produced by adding a layer of rectified tungsten carbide, followed by smoothing with graphite.
  • the carbides and nitrides preferably used are chromium carbide, tungsten carbide, bromine nitride and tungsten nitride.
  • the tightness of the container 5 without sliding bottom on the heating floor 2 is obtained by metal-metal contact of the isolated areas on the floor 2 and on the walls of the container 5.
  • the injection cylinder 3 has a position coaxial with the container when the latter is in the molding position.
  • the inner surface of this cylinder is also coated with thermal protection and treated with anti-adhesion in the same way as the heating sole 3 and the bottomless container walls 5.
  • the interior of the press body that is to say the injection chamber 6 delimited on the one hand by the injection cylinder 3 on the other hand by the internal walls of the container 5 is therefore entirely graphite.
  • the chamber graphitation operation is regularly carried out using a graphite fill.
  • the sole surface is also permanently graphitized using a graphite tank.
  • the injection piston 4 according to the invention consists of a rod 10, a body 11 and a head 12.
  • the piston rod 10 comprises at its end a body 13 provided with a shoulder 14.
  • the body 11 is screwed into the body 13 of the piston until a stop position defined by shoulder 14.
  • the seal between the body of the piston 11 and the body of the rod 13 is produced by means of an O-ring 15.
  • the piston head has on the external face of its front wall 16 a peripheral chamfer 17 forming an acute angle of 25 ° with the normal to this face.
  • the front wall 16 is hollowed out on its internal face with a peripheral groove 19.
  • the chamfer 17 and the groove 19 define a preferred peripheral cooling zone 18.
  • the rod 10 of the piston has a coaxial channel 20 in which is disposed a central tube 21 of annular section allowing the supply of coolant.
  • the diameter of the tube 21 is sufficiently smaller than the diameter of the coaxial channel of the piston so as to provide an annular slot 28 between the internal wall of the piston rod and the external wall of the tube 21.
  • This tube 21 is provided at its end with a lateral opening 22 of diameter equal to the diameter of the internal section of the tube 21.
  • An extension 23 is supported on the internal central part of the head of the piston 12 and has, on the one hand an opening 24 of the same diameter as the opening 22 and on the other hand a spiral rib 25 of trapezoidal section so as to that the openings 22 and 24 are facing each other. All of the internal parts of the piston are held in place by means of the body of the rod 13 which is screwed into the body of the piston 11.
  • This chamber is extended by another annular chamber 27 defined by the peripheral groove 19 formed in the internal wall of the piston head and is also in communication with the annular slot 28 defined by the walls of the rod 10 of the piston and by the tube 21.
  • the chamfer 17 and the plate 29 constitute the front wall 16 of the head 12 of the piston.
  • the plate 29 is coated with a heat shield 32 over its entire surface.
  • the chamfer 17 has recessed surfaces 30 covered with a thermal protection of the same kind as the coating of the plate and ensure continuity with the coating of the ferrule.
  • the number of spans that the chamfer 17 has is four but this number can vary from four to eight.
  • the head 12 of the piston constructed according to a preferred variant of the invention comprises a ferrule 31 which is provided with a partial thermal protection arranged in wide pitch spirals and having partial continuity with the thermal coating 32 of the stage.
  • a composition to be molded is, for example, on standby in a so-called holding oven which makes it possible to keep it at a given temperature, generally comprised around 650 ° C.
  • the bottomless container 5 is placed in the loading position (in thin lines in FIG. 1).
  • An automatic ladle allows the container to be fed into the waiting position by a predetermined volume of the molten composition.
  • the ladle allows the volume of metal to be deposited in the container, possibly through a gaseous protection to prevent the formation of oxides.
  • the filled container 5 is animated by a horizontal sliding movement at variable speed on the heating floor 2.
  • the molten composition is thus translated above the injection cylinder 3 in which the piston 4 is arranged in the low position.
  • the low position of the piston is such that the plate 29 thereof is in the same plane as the upper surface of the sole 2.
  • the front wall 16 of the piston 4, that is to say the plate 29 and the chamfer 17 thus form the base of the injection chamber 6.
  • the coolant supply system After switching on the coolant supply system, it is brought under pressure by the tube 21. It then invades the annular chamber 27 thanks to the connection formed by the openings 22 and 24.
  • the small thickness of the wall of the piston head at the chamfer 17 makes it possible to create a privileged cooling zone 18 on the periphery of the piston head.
  • the coolant then circulates in the helical chamber 26 and then in the slot annular 28 which communicates with a pump not shown.
  • the seal in the form of a frustoconical ring thus produced seals and resists pressure and therefore makes it possible to maintain this pressure during solidification. Any unwanted flow is thus avoided at the level of the clearance between the piston and the supply system containing the metal to be discharged, and any risk of seizure between the piston and the bottomless container is thus eliminated.

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Description

  • L'invention concerne un dispositif de transfert sous forte pression d'une composition métallique en fusion, ce système possèdant un piston muni d'un système de refroidissement.
  • Les appareils connus de moulage sous pression possèdent pour la plupart un système d'injection de métal en fusion agencé de façon à injecter verticalement le métal en fusion dans des moules.
  • Ils sont généralement constitués de deux modules :
    • un module supérieur au niveau duquel peuvent être installés le moule et le dispositif de démoulage;
    • un module inférieur dont les principaux éléments sont le cylindre d'injection, le piston d'injection et le dispositif d'alimentation.
  • Dans le présent texte, on entend par dispositif d'alimentation un dispositif au niveau duquel la composition en fusion est introduite.
  • La principale difficulté de la méthode de moulage sous forte pression consiste à éviter que le métal en fusion ne refroidisse trop au cours de son transfert dans le moule. En effet le métal refroidi voit sa viscosité augmenter, ce qui nuit gravement au maintien de la pression pendant l'opération de pressage et en corollaire à la qualité des pièces moulées.
  • Il est connu de l'état de la technique, de nombreux appareils de moulage sous pression.
  • Les plus élaborés sont munis de dispositifs d'alimentation visant à diminuer le temps de transfert en agissant sur le mode d'alimentation de la composition métallique en fusion.
  • Le brevet FR 2 446 145 concerne une machine à couler sous pression verticale dans laquelle la fusion se fait directement au sein de la machine grâce à une bobine électromagnétique. Le métal est introduit alors qu'il est solide par un bras mécanique. La chambre de fusion est agencée coaxialement sous un cylindre d'injection pour réduire le temps qui existe entre la fonte du métal et son injection dans le moule.
  • Le brevet EP 164 301 décrit quant à lui un appareil de moulage sous pression verticale comprenant deux modules. Le module inférieur constitué du piston et du cylindre d'injection est monté en rotation sur un axe de façon à ce que la composition en fusion puisse être versée directement dans le cylindre d'injection et, par un simple mouvement angulaire, ramenée rapidement sous le module supérieur afin de subir l'opération de pressage à l'intérieur du moule. Le dispositif d'alimentation comprend donc le cylindre d'injection lui-même.
  • Ces dispositifs permettent de réduire le temps et la distance de transfert du métal fondu mais engendrent inévitablement un risque de choc thermique à l'endroit où le métal fondu tombe. La durée de vie des parties sur lesquelles est versé le métal fondu (c'est-à-dire principalement le piston et les parois de la chambre d'injection), en est considérablement diminuée.
  • Pour éviter cet échauffement excessif du piston et des parois de la chambre d'injection, divers dispositifs de refroidissement du piston ont été élaborés.
  • Lors de l'opération de pressage, le piston refoule à grande vitesse le métal dans le moule de façon à garantir un bon remplissage de celui-ci.
  • Comme nous venons de l'expliciter, l'introduction de matière en fusion dans la chambre d'injection a pour effet de provoquer un échauffement important, d'une part de la paroi frontale du piston d'injection servant de base à la chambre d'injection, d'autre part des parois mêmes de la chambre.
  • L'un des autres problèmes inhérents au moulage sous pression sera donc de contrôler les températures de la chambre d'injection et du piston au moment du chargement et pendant l'opération de pressage.
  • Les dilatations différentes du piston d'injection et des parois de la chambre d'injection, dues à des caractéristiques structurales, provoquent l'augmentation de l'espace existant entre ces deux pièces, espace dans lequel pénètre plus ou moins le métal liquide lors de la coulée ou lors de l'injection. Cet écoulement a pour conséquence d'augmenter considérablement le frottement entre ces deux pièces et de ralentir la vitesse du piston dans l'alésage cylindrique de la chambre d'injection et d'exercer obligatoirement une influence néfaste sur la qualité des pièces coulées et sur la durée de vie de l'appareillage notamment lorsque la pénétration du métal entraîne un grippage tendant à coincer les deux pièces en mouvement.
  • Il est connu dans l'état de la technique différents procédés consistant à refroidir le piston d'injection pour limiter les différences de dilatation du piston et de la chambre d'injection.
  • Le brevet français n° 2 416 754 décrit un dispositif de refroidissement du piston d'injection avec utilisation d'un circuit d'eau de refroidissement à l'intérieur du piston raccordé à un réseau de distribution d'eau et couplé à un système de contrôle du débit d'eau.
  • Le brevet européen EP 116 906 décrit un piston d'injection muni d'un système interne de refroidissement plus élaboré constitué d'une canalisation délimitée par les parois internes du piston et par une pièce d'embouchure pourvue d'un tube d'alimentation du liquide de refroidissement.
  • Ces dispositifs permettent un refroidissement uniforme de toute la paroi frontale du piston. Ils ont pour principal inconvénient d'induire un refroidissement excessif de cette paroi frontale, ce qui a pour conséquence de provoquer la solidification partielle du métal qui entre en contact avec elle. Ce métal semi-solidifié se transforme en croûtes qui perturbent l'opération de pressage et provoquent une variation de la durée de remplissage du moule, ce qui nuit à la qualité des pièces moulées.
  • Le problème technique que se propose de résoudre l'invention est complexe.
  • Le temps de transfert du métal en fusion doit être rapide pour assurer un bon remplissage du moule et une bonne qualité des pièces moulées. Cependant, le métal à mouler ne doit pas posséder une température trop élevée afin d'éviter les problèmes de dilatation et de métallurgie explicités précédemment qui nuisent à la durée de vie de la presse et à la qualité métallurgique des pièces moulées.
  • Il est donc nécessaire de refroidir le métal mais il et également nécessaire de ne pas le refroidir trop, tout en assurant un bon transfert dans le moule ce qui implique qu'aucun grippage ne doit se produire entre le piston et la chambre d'injection.
  • La présente invention a pour objet un dispositif de transfert sous pression d'une composition métallique en fusion muni d'un piston à zone de refroidissement périphérique privilégiée permettant d'obtenir pendant le temps très court du transfert de la composition métallique en fusion l'autoconstruction d'un joint étanche tout en évitant les problèmes relatifs à la dilatation thermique du piston et le grippage sur les parois de la chambre d'injection.
  • Le but de l'invention est de réaliser un joint étanche entre le piston et la paroi de la chambre d'injection, de façon à éviter tout écoulement de matière en fusion tout en écartant la possibilité d'un refroidissement excessif de la partie frontale du piston, afin de pallier aux inconvénients cités dans l'introduction.
  • Cet appareil de moulage peut être utilisé pour mouler des matériaux ayant un point de fusion supérieur à 400°C, c'est-à-dire les métaux et les alliages. Dans la présente description, la dénomination "composition métallique" doit s'entendre comme comprenant les métaux et les alliages, notamment les alliages composites à matrice métallique. Les pressions de travail générées par le piston varient de 200 à 800 bars.
  • Le dispositif de transfert de composition métallique en fusion selon l'invention est constitué d'un module supérieur, réalisé selon une méthode connue de l'état de la technique et dans lequel peut être placé le moule et d'un module inférieur comprenant un dispositif d'alimentation et un piston.
  • Le piston comporte une zone de refroidissement privilégiée localisée à la périphérie de sa paroi frontale, ce piston coulissant avec un jeu prédéterminé à l'intérieur du dispositif d'alimentation contenant la composition métallique à refouler.
  • Plus précisemment la paroi frontale de ce piston est munie d'un chanfrein périphérique formant avec la paroi frontale un angle aigu inférieur à 45° et préférentiellement compris entre 25° et 35° et délimitant avec la paroi de la chambre d'injection une cavité tronconique. Le piston est également muni d'un circuit interne de refroidissement comportant une gorge périphérique creusée dans la paroi frontale du piston, cette gorge permettant de transformer le chanfrein périphérique cité précédemment en zone privilégiée de refroidissement.
  • Une autre caractéristique de l'invention réside dans le fait que la paroi frontale du piston a une épaisseur qui est au moins deux fois plus importante dans sa partie centrale que dans sa partie périphérique. La partie centrale est ainsi beaucoup moins refroidie que la partie périphérique.
  • Selon une variante préférentielle de l'invention la paroi frontale du piston est revêtue d'un bouclier thermique. Ce bouclier est constitué d'une couche d'un matériau possédant, d'une part un coefficient de conductibilité thermique suffisamment faible c'est-à-dire inférieur à celui de la tête du piston, et d'autre part une dureté supérieure à celle de la tête du piston. Les matériaux préférentiellement utilisés sont les carbures et les nitrures tels que le carbure de chrome ou le carbure de tungstène, du type de ceux commercialisés par la Société Union Carbide sous la marque UCAR.
  • La virole du piston est également entièrement ou partiellement revêtue d'une protection thermique pour améliorer le coulissement entre le piston et la paroi de la chambre et ayant de plus un rôle anti-usure.
  • Selon un autre aspect préférentiel de l'invention, la zone de refroidissement est en connexion avec un circuit de refroidissement dont le débit est modulable :
    - dans un premier temps, correspondant à la période précédant l'introduction de la matière à mouler en fusion, le débit du liquide de refroidissement est faible de façon à ne pas refroidir excessivement le piston, tout en évitant les risques de vaporisation ;
    - dans un second temps au cours duquel la matière à mouler en fusion est introduite, le débit est fort pour assurer un bon refroidissement de la zone périphérique privilégiée du piston.
  • Cette augmentation du débit accélère la formation du joint étanche à structure fine dans la cavité tronconique, tout en évitant au liquide de refroidissement de passer en phase vapeur.
  • Le dispositif d'alimentation en métal en fusion peut être tout système décrit dans l'art antérieur, tel que le dispositif décrit dans le brevet EP 164 301. Dans ce brevet le métal en fusion est introduit directement dans le cylindre d'injection. Cependant, selon une variante préférentielle qui permet d'accélérer la formation du joint périphérique étanche selon l'invention, ce système d'alimentation réside en un conteneur sans fond pouvant coulisser horizontalement et de façon étanche sur une sole chauffante d'une position de chargement vers une position de moulage et vice-versa. Lorsque le conteneur est en position de moulage, il constitue la partie supérieure de la chambre d'injection.
  • L'invention est ci-après plus précisément décrite en référence aux dessins annexés à titre d'exemple de réalisation nullement limitatif :
    • La figure 1 représente, en coupe frontale, le module inférieur de l'appareil de moulage selon l'invention équipé du système d'alimentation préférentiel ;
    • La figure 2 représente une vue en coupe du piston de la figure 1 ;
    • La figure 3 représente une vue en bout de la tête du piston de la figure 1 ;
    • La figure 4 représente une vue latérale de la tête d'un piston construit selon une variante préférentielle.
  • L'appareil de moulage sous pression décrit ci-après est réalisé en acier allié à 5% de chrome, utilisé communément à l'état traité dans l'élaboration des moules.
  • Selon la figure 1, le module supérieur réalisé selon une méthode connue n'est pas représenté. Seul le moule 7 est ici figuré en traits mixtes fins.
  • Le corps de presse 9 est constitué, d'une part d'un bâti 1 surmonté d'un joint en amiante 34 et équipé d'une sole chauffante 2 et dans lequel est agencé selon un axe vertical un cylindre d'injection 3 et d'autre part, d'un conteneur 5 sans fond pouvant coulisser sur la sole 2 selon un mouvement horizontal de façon à se placer coaxialement au cylindre d'injection 3.
  • Le conteneur sans fond est représenté en position de moulage, tandis que la position de chargement est présentée en traits mixtes fins.
  • Le piston 4 coulisse verticalement dans le cylindre d'injection et est ici représenté en position basse.
  • Le conteneur sans fond 5 délimite un espace cylindrique qui constitue la partie supérieure de la chambre d'injection 6, la partie inférieure de cette chambre étant délimitée par le cylindre d'injection 3. Le diamètre interne du conteneur sans fond 5 est le même que celui du cylindre d'injection 3.
  • Les parois du conteneur sans fond 5 sont isolées thermiquement et traitées antiadhérence. Ce conteneur sans fond 5 est de plus muni d'un système interne de préchauffage 8.
  • Le conteneur sans fond coulisse par un mouvement horizontal à vitesse variable sur la sole chauffante 2 également isolée thermiquement et traitée antiadhérence. La sole 2 est munie d'un moyen de chauffage 33.
  • Selon cette structure préférentielle du système d'alimentation, la sole 2 n'est chauffante que sur une partie, correspondant environ à la zone en contact avec le conteneur lorsque celui-ci est en position de chargement. Cette position est représentée en traits mixtes fins.
  • L'isolation thermique et le traitement antiadhérence des parois du conteneur sans fond 5 et de la surface de la sole chauffante 2 sont réalisés par apport d'une couche de carbure de tungstène rectifiée, suivi d'un lissage au graphite. Les carbures et les nitrures préférentiellement employés sont le carbure de chrome, le carbure de tungstène, le nitrure de brome et le nitrure de tungstène.
  • L'étanchéité du conteneur 5 sans fond coulissant sur la sole chauffante 2 est obtenue par contact métal-métal des zones isolées sur la sole 2 et sur les parois du conteneur 5.
  • Le cylindre d'injection 3 a une position coaxiale au conteneur lorsque celui-ci est en position de moulage. La surface intérieure de ce cylindre est également revêtue d'une protection thermique et traitée antiadhérence de la même façon que la sole chauffante 3 et les parois du conteneur sans fond 5.
  • L'intérieur du corps de presse, c'est-à-dire la chambre d'injection 6 délimitée d'une part par le cylindre d'injection 3 d'autre part par les parois internes du conteneur 5 est donc entièrement graphité.
  • L'opération de graphitage de la chambre est régulièrement effectuée grâce à une bourre à graphite. La surface de la sole est également graphitée en permanence grâce à un réservoir de graphite.
  • Selon la figure 2, le piston 4 d'injection selon l'invention est constitué d'une tige 10, d'un corps 11 et d'une tête 12.
  • La tige du piston 10 comprend dans son extrémité un corps 13 pourvu d'un épaulement 14. Le corps 11 est vissé dans le corps 13 du piston jusqu 'à une position de butée définie par épaulement 14. L'étanchéité entre le corps du piston 11 et le corps de la tige 13 est réalisée grâce à un joint torique 15.
  • A l'extrémité supérieure du corps 11 du piston est fixée la tête 12 du piston. La tête du piston possède sur la face externe de sa paroi frontale 16 un chanfrein périphérique 17 formant un angle aigu de 25° avec la normale à cette face. La paroi frontale 16 est creusée sur sa face interne d'une gorge périphérique 19. Le chanfrein 17 et la gorge 19 définissent une zone périphérique de refroidissement privilégiée 18.
  • La tige 10 du piston comporte un canal coaxial 20 dans lequel est disposé un tube central 21 de section annulaire permettant l'alimentation en liquide de refroidissement. Le diamètre du tube 21 est suffisamment inférieur au diamètre du canal coaxial du piston de façon à ménager une fente annulaire 28 entre la paroi interne de la tige du piston et la paroi externe du tube 21.
  • Ce tube 21 est muni en son extrémité d'une ouverture latérale 22 de diamètre égale au diamètre de la section interne du tube 21.
  • Une allonge 23 est en appui sur la partie centrale interne de la tête du piston 12 et présente, d'une part une ouverture 24 de même diamètre que l'ouverture 22 et d'autre part une nervure spiralée 25 de section trapézoïdale de façon à ce que les ouvertures 22 et 24 soient en regard. L'ensemble des pièces internes du piston est maintenu en place au moyen du corps de la tige 13 qui est vissée dans le corps du piston 11.
  • Les parois du corps 11 du piston et de l'allonge 23 délimitent une chambre hélicoïdale 26. Cette chambre se prolonge par une autre chambre annulaire 27 définie par la gorge périphérique 19 ménagée dans la paroi interne de la tête du piston et est également en communication avec la fente annulaire 28 définie par les parois de la tige 10 du piston et par le tube 21.
  • Selon la figure 3 le chanfrein 17 et la platine 29 constituent la paroi frontale 16 de la tête 12 du piston. La platine 29 est revêtue d'un bouclier thermique 32 sur toute sa surface. Le chanfrein 17 possède des portées en creux 30 recouvertes d'une protection thermique de même nature que le revêtement de la platine et assurent la continuité avec le revêtement de la virole.
  • Le nombre de portées que possède le chanfrein 17 est de quatre mais ce nombre peut varier de quatre à huit.
  • En se rapportant à la figure 4, la tête 12 du piston construit selon une variante préférentielle de l'invention comporte une virole 31 qui est pourvue d'une protection thermique partielle disposée en spirales à large pas et présentant une continuité partielle avec le revêtement thermique 32 de la platine.
  • La description du mode de fonctionnement de l'appareil de moulage sous pression selon l'invention est réalisée en référence à l'ensemble des figures.
  • Avant de commencer l'opération de moulage, une composition à mouler est, par exemple, en attente dans un four dit de maintien qui permet de la conserver à une température donnée, généralement comprise aux environs de 650°C.
  • Le conteneur sans fond 5 est mis en position de chargement (en traits fins sur la figure 1). Une louche automatique permet l'alimentation du conteneur en position d'attente par un volume prédéterminé de la composition en fusion.
  • La louche permet la dépose du volume de métal dans le conteneur, éventuellement au travers d'une protection gazeuse pour éviter la formation d'oxydes.
  • Le conteneur 5 rempli est animé par un mouvement horizontal de coulissement à vitesse variable sur la sole chauffante 2. La composition en fusion est ainsi translatée au dessus du cylindre d'injection 3 dans lequel est disposé le piston 4 en position basse. La position basse du piston est telle que la platine 29 de celui-ci est dans le même plan que la surface supérieure de la sole 2. La paroi frontale 16 du piston 4 c'est-à-dire la platine 29 et le chanfrein 17 forment ainsi la base de la chambre d'injection 6.
  • Après avoir mis en marche le système d'alimentation en liquide de refroidissement, celui-ci est amené sous pression par le tube 21. Il envahit ensuite la chambre annulaire 27 grâce à la connexion formée par les ouvertures 22 et 24. La faible épaisseur de la paroi de la tête du piston au niveau du chanfrein 17 permet de créer une zone de refroidissement privilégiée 18 sur la périphérie de la tête du piston. Le liquide de refroidissement circule ensuite dans la chambre hélicoïdale 26 puis dans la fente annulaire 28 qui communique avec une pompe non représentée.
  • Lors du coulissement horizontal du conteneur sans fond 5 sur la soie chauffante 2 vers la position de moulage, dès que l'ouverture du conteneur 5 parvient au bord du cylindre d'injection 3, il se produit une répartition naturelle très rapide d'un volume prédéterminé de composition en fusion dans la cavité tronconique délimitée par le chanfrein 17 et la surface inférieure de la chambre d'injection 6. L'entrée en contact du métal avec la zone refroidie provoque alors la cristallisation locale du métal à mouler et le joint ainsi formé persiste, pendant toute la durée du transfert vertical.
  • Pendant la course du piston le joint en forme d'anneau tronconique ainsi réalisé assure l'étanchéité et résiste à la pression et permet donc de maintenir cette pression pendant la solidification. Tout écoulement indésirable est ainsi évité au niveau du jeu entre le piston et le système d'alimentation contenant le métal à refouler, et tout risque de grippage entre le piston et le conteneur sans fond est ainsi écarté.

Claims (12)

1. Dispositif de transfert d'une composition métallique en fusion sur une presse verticale de moulage, constitué d'un module supérieur dans lequel peut être placé un moule (7), et d'un module inférieur comprenant un dispositif d'alimentation et un piston refroidi (4) se déplaçant verticalement pour assurer le refoulement du métal dans le moule (7), caractérisé en ce que le piston (4) comporte une zone de refroidissement privilégiée (18) localisée à la périphérie de sa paroi frontale (16), ce piston pouvant coulisser avec un jeu prédéterminé à l'intérieur du dispositif d'alimentation contenant le métal à refouler.
2. Dispositif de transfert d'une composition métallique en fusion sur une presse verticale de moulage selon la revendication 1 caractérisé en ce que la paroi frontale (16) du piston (4) possède sur sa face externe un chanfrein périphérique (17) et sur sa face interne une gorge périphérique annulaire (19) délimitant une zone de refroidissement privilégiée (18).
3. Dispositif de transfert d'une composition métallique en fusion sur une presse verticale de moulage selon la revendication 2 caractérisé en ce que le chanfrein périphérique (17) forme avec la paroi frontale (16) du piston un angle aigu inférieur à 45° et préférentiellement compris entre 25° et 35°.
4. Dispositif de transfert d'une composition métallique en fusion sur une presse verticale de moulage selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'épaisseur de la paroi frontale (16) du piston a une épaisseur qui est au moins deux fois plus importante dans sa partie centrale que dans sa partie périphérique.
5. Dispositif de transfert d'une composition métallique en fusion sur une presse verticale de moulage selon l'une des revendi cations 1 à 4 caractérisé en ce que la platine centrale (29) du piston est recouverte d'une protection thermique (32) possèdant d'une part un coefficient de conductibilité thermique inférieur à celui de la tête du piston et d'autre part une dureté supérieure à celle de la tête du piston.
6. Dispositif de transfert d'une composition métallique en fusion sur une presse verticale de moulage selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la virole (31) du piston est totalement ou partiellement recouverte d'une protection thermique (32), de même nature que la protection thermique de la platine (29) du piston.
7. Dispositif de transfert d'une composition métallique en fusion sur une presse verticale de moulage selon l'une des revendications 5 et 6 caractérisé en ce que le revêtement thermique de la platine (29) et de la virole (31) est constitué d'une couche de carbure de chrome ou de carbure de tungstène.
8. Dispositif de transfert d'une composition métallique en fusion sur une presse verticale de moulage selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que la zone de refroidissement privilégiée (18) est en connexion avec un circuit interne de refroidissement dont le débit est modulable et contrôlé.
9. Dispositif de transfert d'une composition métallique en fusion sur une presse verticale de moulage selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation est constitué d'un conteneur sans fond (5) coulissant horizontalement sans jeu sur une sole chauffante (2).
10. Dispositif de transfert d'une composition métallique en fusion sur une presse verticale de moulage selon la revendication 9 caractérisé en ce que le moyen de chauffage (33) de la sole chauffante est situé en dessous de la zone au contact du métal liquide lorsque le conteneur sans fond (5) est en position de chargement.
11. Dispositif de transfert d'une composition métallique en fusion sur une presse verticale de moulage selon l'une des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que la sole chauffante (2) et les parois de la chambre d'injection (6) sont revêtues d'une protection thermique possédant d'une part un coefficient de conductibilité thermique inférieur à celui de la tête du piston et d'autre part une dureté supérieure à celle de la tête du piston.
12. Dispositif de transfert d'une composition métallique en fusion sur une presse verticale de moulage selon la revendication 10 caractérisé en ce que la sole chauffante (2) et les parois du conteneur sans fond (5) sont revêtues d'une couche de carbure de chrome ou de carbure de tungstène.
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