EP0396483B1 - Procédé et dispositif d'alimentation en métal liquide d'un moule - Google Patents
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- B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
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- B22D18/08—Controlling, supervising, e.g. for safety reasons
Definitions
- the present invention relates to a method and a device for supplying liquid metal to a mold.
- the present invention more particularly relates to a method and a device for supplying a ferrous alloy, of a mold consisting of a lost gasifiable model embedded in an unbound granular molding material, which suppresses the appearance of the phenomenon of carbon. brilliant.
- a lost gasifiable model made of expanded polystyrene, is used for each casting.
- This model once produced, is covered with a refractory lining and then placed in the mold proper where it is embedded in a granular material, generally sand, which is compacted by vibration.
- the mold is then produced and can be supplied with liquid metal which then vaporizes the lost gasifiable model.
- the present invention therefore aims to solve the above problems.
- the present invention relates more particularly to a method and a device for producing ferrous alloy parts by the process of casting in a solid mold, wherein the lost gasifiable model is made of a material producing carbon residues in the range of the casting temperatures of this ferrous alloy, which eliminates the problems associated with the production of these carbon residues by suppressing the appearance of shiny carbon.
- the installation operating according to the method according to the invention comprises an installation 1 for supplying liquid cast iron intended to supply a mold 2 consisting of a lost gasifiable model 3 embedded in a sand without binder 4 inside a box 5.
- the installation 1 comprises an enclosure 6 under gas pressure inside which is situated the liquid iron intended to supply the mold 2.
- This enclosure 6 comprises a cover 7 tightly fixed to the enclosure 6, a pouring nozzle 8 passing through an orifice 9 the cover 7, the junction between the nozzle 8 and the cover 7 being sealed.
- This nozzle 8 is crossed, vertically and right through, by a dip tube 10 which plunges into the liquid iron as far as the vicinity of the floor of the enclosure 6.
- the enclosure 6 is connected, by a circuit 12, to a source of pressurized gas 11 constituted by an enclosure supplied with pressurized gas.
- the lost gasifiable model 3 made of expanded polystyrene, comprises two parts, a part 13 corresponding to the shape of the part which must be produced and a part 14 constituting the pouring well by which the liquid metal then comes to feed the attacks of the part. to achieve.
- This lost gasifiable model 3 is positioned by its part 14 in an orifice 15 formed in an insert 16 made of refractory material, this insert 16 being detachably fixed in an opening 17 formed at the base of the box 5.
- the pouring nozzle 8 As seen in Fig.1, the pouring nozzle 8, by its upper end, is intended to be applied by sealed contact against the insert 16 of the chassis 5, the dip tube 10 communicating with the orifice 15 of the 'insert 16.
- Holes 18 are provided in the side walls 19 of the box 5 to connect this box 5 to a vacuum device not shown.
- the circuit 12 has a regulating device 20 constituted by one or more solenoid valves which control the communication between the enclosure 6 and the source of pressurized gas 11.
- the regulating device 20 is connected to a computer which constantly compares the pressure existing in enclosure 6 with a set pressure.
- a gas reservoir 21 which acts as a buffer capacity, connected to the enclosure 6 by a conduit 22 of large diameter, this reservoir 21 having a permanent leak 23.
- the nozzle 8 is applied in a sealed manner against the insert 16 of the box 5 on the underside thereof.
- the pressurized enclosure 6 containing the liquid iron sees its pressure P increase at a certain speed dP / dT (T representing time) so that the liquid iron contained in the enclosure rises in the tube plunger and enters the box 5 through the orifice 15 of the insert 16 at a certain rate.
- the lost model 3 then vaporizes under the action of the heat of the liquid cast iron injected into the mold 2 as the mold 2 fills.
- the optimal rate of supply of the mold in liquid cast iron enabling a part to be obtained from which the shiny carbon is excluded is a function of the geometry of the lost gasifiable model and more particularly of its ratio S / V, S being the surface of the lost model and V its volume.
- the method according to the present invention therefore consists in producing a piece of ductile iron in a mold consisting of a lost model of expanded polystyrene embedded in a sand without binder, the mold being supplied with liquid iron from its base by a supply device. consisting of a pressure vessel containing liquid cast iron, in which the feed rate of the mold in liquid cast iron is calculated as a function of the S / V ratio of the lost gasifiable model so that the phenomenon of shiny carbon does not appear .
- the temperatures reached by the gases in said ladle mean that the solenoid valves have to be moved away from it in order to prevent the seals of the solenoid valves only burn during the pressure down phases which occur once the mold is filled.
- the pressure is in fact regulated by the solenoid valves in said reservoir 21 which communicates with the pressure vessel 6 by a conduit 22 of large diameter which thus limits the losses dump.
- the reservoir 21 allows the gases from the enclosure 6 to cool to an acceptable temperature for the operation of the solenoid valves.
- the system is permanently maintained in intake during all the filling phases of the mold 2.
- the lost gasifiable model consists of several parts, corresponding to the different parts to be produced, placed in a cluster after the supply well 14.
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Description
- La présente invention est relative à un procédé et un dispositif d'alimentation en métal liquide d'un moule.
- La présente invention a plus particulièrement pour objet un procédé et un dispositif d'alimentation en alliage ferreux, d'un moule constitué d'un modèle perdu gazéifiable noyé dans un matériau de moulage granulaire non lié, qui supprime l'apparition du phénomène de carbone brillant.
- Dans les installations de ce type, un modèle perdu gazéifiable, en polystyrène expansé, est utilisé à chaque coulée. Ce modèle, une fois produit, est recouvert d'un revêtement réfractaire puis placé dans le moule proprement dit où il est noyé dans un matériau granulaire, généralement du sable, qui est compacté par vibrage.
- Le moule est alors réalisé et peut être alimenté en métal liquide qui vaporise alors le modèle perdu gazéifiable.
- Ce procédé est connu sous la dénomination générale de coulée en moule plein.
- Dans les cas de réalisations de pièces en alliages ferreux à hauts points de fusion comme la fonte ou l'acier, le matériau constituant le modèle perdu n'est pas toujours entièrement vaporisé. De plus il arrive fréquemment que les constituants du modèle perdu, qui ont été vaporisés dans un premier temps, se recondensent partiellement ensuite.
- Dans les deux cas il se forme alors des résidus carbonés à la surface de la pièce moulée.
- Dans le cas de pièces à faible teneur en carbone, comme les aciers, les résidus carbonés se dissolvent dans le métal liquide.
- Malgré tout, même dans ce cas, les conséquences ne sont pas négligeables puisqu'il apparaît alors dans la pièce un gradient de teneur en carbone, la surface de la pièce étant plus riche en carbone que le corps de la pièce.
- Ainsi, les pièces en acier à faible taux de carbone garanti ne pouvaient jusqu'à présent être fabriquées selon le procédé de coulée en moule plein décrit ci-dessus.
- Dans le cas de pièces en métal à haute teneur en carbone comme les pièces en fonte ductile les conséquences sont encore plus importantes.
- Il apparaît en effet ce qui est classiquement appelé le carbone brillant et qui se manifeste aléatoirement sous la forme de discontinuités dans l'épaisseur et d'irrégularités à la surface de la pièce moulée qui nuisent à la santé de la pièce.
- Ainsi, jusqu'à présent, il n'existait pas de procédé et de dispositif permettant de façon simple et reproductible de fabriquer des pièces en fonte ductile présentant des caractéristiques mécaniques élevées dans le cadre du procédé en moule plein avec modèle perdu gazéifiable en polystyrène expansé ou tout autre matériau qui se décompose en produisant des résidus carbonés.
- Pour pallier l'apparition du carbone brillant ainsi que la diffusion du carbone dans la pièce moulée, il a été proposé de changer le matériau constituant le modèle perdu.
- C'est ainsi qu'est apparu, en remplacement du polystyrène , le polyméthyl méthacrylate qui, quand il est soumis à une pyrolyse dans le domaine de température des alliages ferreux, se vaporise totalement en ne produisant pas de résidus carbonés.
- Mais, si ce produit évite l'apparition du carbone brillant, il présente d'autres problèmes.
- En effet, outre le problème de son prix, il apparaît comme étant moins solide que le polystyrène, ce qui nécessite un accroissement des précautions lors de la manipulation du modèle, et, de plus, il génère une plus grande quantité de gaz qui peut entraîner un refoulement du métal liquide lors de l'alimentation du moule, ce qui nécessite de doubler le temps de remplissage du moule.
- La présente invention a donc pour but de résoudre les problèmes ci-dessus.
- La présente invention a plus particulièrement pour objet un procédé et un dispositif de réalisation de pièces en alliage ferreux par le procédé de coulée en moule plein, dans lequel le modèle perdu gazéifiable est réalisé en un matériau produisant des résidus carbonés dans le domaine des températures de coulée de cet alliage ferreux, qui éliminent les problèmes liés à la production de ces résidus carbonés en supprimant l'apparition de carbone brillant.
- Les caractéristiques et avantages ressortiront à la suite de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif et parmi lesquels :
- la Fig.1 représente une installation de coulée en moule plein fonctionnant suivant le procédé selon l'invention.
- la Fig.2 représente le circuit de régulation de pression selon l'invention.
- La demanderesse a découvert que, sous certaines conditions, l'utilisation d'une installation d'alimentation du moule en fonte liquide du type de celle décrite dans le document FR-A-2 295 808 permet d'éviter l'apparition du carbone brillant.
- Ainsi, comme illustré sur la figure 1, l'installation fonctionnant suivant le procédé selon l'invention comprend une installation 1 d'alimentation en fonte liquide destinée à alimenter un moule 2 constitué d'un modèle perdu gazéifiable 3 noyé dans un sable sans liant 4 à l'intérieur d'un caisson 5.
- L'installation 1 comporte une enceinte 6 sous pression de gaz à l'intérieur de laquelle est située la fonte liquide destinée à alimenter le moule 2.
- Cette enceinte 6 comporte un couvercle 7 fixé de façon étanche à l'enceinte 6, une buse de coulée 8 traversant par un orifice 9 le couvercle 7, la jonction entre la buse 8 et le couvercle 7 étant étanche. Cette buse 8 est traversée, verticalement et de part en part, par un tube plongeur 10 qui plonge dans la fonte liquide jusqu'au voisinage du plancher de l'enceinte 6.
- L'enceinte 6 est reliée, par un circuit 12, à une source de gaz sous pression 11 constituée par une enceinte alimentée en gaz sous pression.
- Le modèle perdu gazéifiable 3, en polystyrène expansé, comprend deux parties, une partie 13 correspondant à la forme de la pièce qui doit être réalisée et une partie 14 constituant le puits de coulée par lequel le métal liquide vient ensuite alimenter les attaques de la pièce à réaliser.
- Ce modèle perdu gazéifiable 3 est positionné par sa partie 14 dans un orifice 15 ménagé dans un insert 16 en matériau réfractaire, cet insert 16 étant fixé de façon amovible dans une ouverture 17 ménagée à la base du caisson 5.
- Comme on le voit Fig.1, la buse de coulée 8, par son extrémité supérieure, est destinée à venir s'appliquer par contact étanche contre l'insert 16 du châssis 5, le tube plongeur 10 communiquant avec l'orifice 15 de l'insert 16.
- Des orifices 18 sont ménagés dans les parois latérales 19 du caisson 5 pour relier ce caisson 5 à un dispositif de mise sous vide non représenté.
- Comme on le voit Fig.2, le circuit 12 présente un dispositif de régulation 20 constitué par une ou plusieurs électrovannes qui commandent la communication entre l'enceinte 6 et la source de gaz sous pression 11. Le dispositif de régulation 20 est relié à un calculateur qui compare en permanence la pression existant dans l'enceinte 6 avec une pression de consigne.
- Entre le dispositif de régulation 20 et l'enceinte 6 est placé un réservoir de gaz 21 qui joue le rôle de capacité tampon, reliée à l'enceinte 6 par un conduit 22 de fort diamètre, ce réservoir 21 présentant une fuite 23 permanente.
- Il va maintenant être décrit le procédé selon l'invention et la mise en oeuvre du dispositif fonctionnant suivant le procédé selon l'invention.
- Selon le fonctionnement classique d'une installation de coulée telle que celle décrite dans le document FR-A-2 295 808, la buse 8 est appliquée de façon étanche contre l'insert 16 du caisson 5 à la face inférieure de celui ci.
- A la suite de cela, l'enceinte 6 sous pression contenant la fonte liquide voit sa pression P augmenter à une certaine vitesse dP/dT ( T représentant le temps) de telle sorte que la fonte liquide contenue dans l'enceinte monte dans le tube plongeur et pénètre dans le caisson 5 par l'orifice 15 de l'insert 16 à un certain débit.
- Le modèle perdu 3 se vaporise alors sous l'action de la chaleur de la fonte liquide injectée dans le moule 2 au fur et à mesure que le moule 2 se remplit.
- C'est à ce stade de remplissage du moule 2 que, dans l'art antérieur, le phénomène du carbone brillant apparaît.
- Or la demanderesse a découvert sans pouvoir l'expliquer que, en régulant le débit d'alimentation du moule en métal liquide, le phénomène ci-dessus disparaît.
- En effet, la demanderesse a découvert que le débit optimal d'alimentation du moule en fonte liquide permettant l'obtention d'une pièce d'où le carbone brillant est exclu est fonction de la géométrie du modèle perdu gazéifiable et plus particulièrement de son rapport S/V , S étant la surface du modèle perdu et V son volume.
- Il apparaît en effet que plus le rapport S/V est faible plus le carbone brillant apparaît, toutes choses étant égales par ailleurs, mais que si on augmente le débit d'alimentation du moule jusqu'à une certaine valeur le phénomène disparaît.
- Le procédé selon la présente invention consiste donc à réaliser une pièce en fonte ductile dans un moule constitué d'un modèle perdu en polystyrène expansé noyé dans un sable sans liant, le moule étant alimenté en fonte liquide par sa base par un dispositif d'alimentation constitué d'une enceinte sous pression contenant la fonte liquide, dans lequel le débit d'alimentation du moule en fonte liquide est calculé en fonction du rapport S/V du modèle perdu gazéifiable de telle façon que le phénomène de carbone brillant n'apparaisse pas.
- Il convient pour cela d'obtenir une parfaite régulation de la pression régnant à l'intérieur de l'enceinte 6 ce qu'aucun dispositif antérieur ne permettait.
- C'est ce que permet le dispositif de régulation 20.
- En effet, quand on veut réguler la pression à l'intérieur d'une poche de coulée, les températures atteintes par les gaz dans ladite poche imposent d'éloigner les électrovannes de celle-ci afin d'éviter que les joints d'étanchéité des électrovannes ne brûlent pendant les phases de descente en pression qui surviennent une fois que le moule est rempli.
- Il en résulte une constante de temps qui nuit à la stabilité de la régulation de pression.
- Or, grâce au réservoir de gaz 21 qui joue le rôle de capacité tampon, la pression est en fait régulée par les électrovannes dans ledit réservoir 21 qui communique avec l'enceinte sous pression 6 par un conduit 22 de gros diamètre qui limite ainsi les pertes de charge.
- Ainsi, le réservoir 21 permet aux gaz issus de l'enceinte 6 de se refroidir à une température acceptable pour le fonctionnement des électrovannes.
- Par ailleurs, un autre problème de régulation résulte du fait que les gaz introduits dans l'enceinte 6 se réchauffent dans celle-ci ce qui entraîne dans l'enceinte une augmentation de la pression indésirable après que l'on a cessé d'injecter le gaz.
- Grâce à la fuite permanente 23 qui est ménagée sur le réservoir 21, qui joue le rôle de capacité tampon, le système est en permanence maintenu en admission pendant toutes les phases de remplissage du moule 2.
- Les faits exposés ci-dessus sont démontrés par les exemples numériques qui suivent.
- Pour la réalisation d'un corps de vanne de 17 kg de poids de fonte dans un moule plein alimenté par un installation de coulée telle que décrite ci-dessus, la fonte liquide dans la poche étant à une température entre 1420°C et 1460°C, des débits d'alimentation du moule de 1 kg/s et de 3,3 kg/s ont donné des pièces défectueuses alors qu'un débit de 5,7 kg/s a permis d'obtenir une pièce parfaitement saine.
- Ceci illustre bien que, en régulant la pression dans la poche d'alimentation et donc le débit d'alimentation dans un procédé en moule plein, on peut obtenir une pièce en fonte ductile d'où le carbone brillant est exclu.
- Par ailleurs, pour la réalisation d'un collecteur d'échappement de 2,1 kg il a été possible d'obtenir une pièce saine à un débit d'alimentation de 3,3 kg/s, ce qui illustre bien que le débit optimal est fonction de la géométrie de la pièce et donc du modèle perdu gazéifiable.
- L'invention ci-dessus est applicable de la même façon aussi bien à un moule destiné à la réalisation d'une seule pièce qu'à un moule destiné à la réalisation de plusieurs pièces. Dans ce dernier cas, le modèle perdu gazéifiable est constitué de plusieurs parties, correspondant aux différentes pièces à réaliser, placées en grappe après le puits d'alimentation 14.
Claims (6)
- Procédé pour la réalisation d' une pièce en fonte ductile dans un moule (2) constitué d'un modèle perdu gazéifiable (3), en un matériau produisant des résidus carbonés dans le domaine de températures de coulée de la fonte, noyé dans un sable (4) sans liant, selon lequel, le moule (2) étant alimenté en fonte liquide par sa base par un dispositif d'alimentation constitué d'une enceinte (6) sous pression contenant la fonte liquide, le débit d'alimentation du moule (2) en fonte liquide est régulé par la pression régnant dans l'enceinte sous pression de telle façon que le phénomène de carbone brillant n'apparaisse pas.
- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la pression régnant dans l'enceinte (6) sous pression est régulée en fonction du rapport S/V du modèle perdu gazéifiable (3), S représentant la surface du modèle perdu (3) et V son volume.
- Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que la pression de l'enceinte (6) sous pression est régulée en modifiant la pression régnant dans une capacité tampon constituée par un réservoir (21) sous pression reliée à ladite enceinte (6) sous pression.
- Dispositif de régulation de la pression pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que une capacité tampon constituée par un réservoir (21) est interposée entre un dispositif (20) de régulation de pression et l'enceinte (6)
- Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que le réservoir (21) constituant la capacité tampon présente une fuite permanente (23).
- Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que le réservoir (21) constituant la capacité tampon est relié à l'enceinte (6) sous pression par un conduit (22) de fort diamètre.
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