EP0463909A1 - Procédé, moule et installation de coulée de métal sous basse pression - Google Patents

Procédé, moule et installation de coulée de métal sous basse pression Download PDF

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EP0463909A1
EP0463909A1 EP91401542A EP91401542A EP0463909A1 EP 0463909 A1 EP0463909 A1 EP 0463909A1 EP 91401542 A EP91401542 A EP 91401542A EP 91401542 A EP91401542 A EP 91401542A EP 0463909 A1 EP0463909 A1 EP 0463909A1
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EP
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casting
pouring
metal
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Pascal Sourlier
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Pont a Mousson SA
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Pont a Mousson 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
    • B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
    • B22D18/04—Low pressure casting, i.e. making use of pressures up to a few bars to fill the mould
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/08—Features with respect to supply of molten metal, e.g. ingates, circular gates, skim gates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/20—Stack moulds, i.e. arrangement of multiple moulds or flasks

Definitions

  • the present invention relates to the casting of metal under low pressure in a blind sand mold. It relates firstly to a method of casting metal under low pressure in a blind sand mold comprising a casting well open downwards, at least one footprint, and pouring attacks connecting the casting well to this footprint or to these imprints, a process of the type in which the base of the well is connected to the upper end of a liquid metal supply tube, and the metal is made to rise in this tube and in the well until filling of the imprint or imprints via attacks.
  • the low pressure casting technique (see for example FR-A-2 295 808, 2 367 566 and 2 556 996 in the name of the Applicant) is particularly advantageous, compared to gravity casting, for producing metal parts with thin wall and / or of complex shape and / or of large dimensions. Indeed, the pressure exerted by the metal, which results from the injection of a gas into a sealed pocket containing the liquid metal, can be controlled at will so as to push the metal into all the recesses of the imprints.
  • the invention aims to improve the low pressure casting technique so as to reduce the frequency of occurrence of such defects.
  • the subject of the invention is a casting process of the aforementioned type, characterized in that, at least at one point in the casting, the metal during its passage in service attacks.
  • a flow of liquid metal adapted to cause a rise of this metal above the attacks in service is sent into the supply tube.
  • the invention also relates to a blind sand mold intended to achieve the same goals.
  • This mold of the type comprising a casting well open downwards, at least one cavity, and pouring attacks connecting the casting well to this cavity or cavities, is characterized in that the sum of the areas of the sections of the attacks in service is, at least at one time of casting, greater than the area of the section of the taphole, or at least of the same order as this area.
  • the sum of the areas of the sections of all the attacks can be greater than the area of the section of the taphole, or at least of the same order as this area.
  • the area of the section of the tapping well may be between the sum of the areas of the sections of the attacks of ( n - 1) stages and that of the sections of all the attacks.
  • the mold comprises groups of attacks each supplied by an intermediate channel, preferably, the area of the section of each channel is at least equal to the sum of the areas of the sections of the attacks which it supplies.
  • the invention also relates to a metal casting installation under low pressure constituting an application of such a mold.
  • This installation of the type comprising a ladle from which a liquid metal supply tube open at the top, a source of pressurized gas connected to the ladle, at least one blind sand mold comprising a pouring well open at the bottom, at least one footprint, and attacks of pouring connecting the well to this cavity or cavities, and means for applying the base of the well to the opening of the supply tube, is characterized in that the mold conforms to the definition above .
  • the installation shown in FIG. 1 comprises an enclosure 1 forming a pocket or reserve of liquid metal 2, a frame 3 for mold support and a sand mold 4. It is applied to low pressure casting of cast iron (gray cast iron or spheroidal graphite cast iron), steel or a super-alloy in the mold 4. Apart from the internal configuration of this mold, the installation is identical to that described in the aforementioned FR-A-2 295 808.
  • the pocket 1, fixed has an upper cover 5 tightly fixed to its side walls and locked by suitable means (not shown).
  • a pouring nozzle 6 passes through an orifice 7 formed in the cover 5.
  • This nozzle 6 comprises a tubular lower part 8 whose external diameter corresponds to the diameter of the orifice 7 and an upper part 9, of generally frustoconical shape, which presses tightly on the periphery of the orifice 7 by its large flat base 10.
  • a seal 11 formed by an asbestos bead is housed in a groove formed in the base 10 of the nozzle.
  • the nozzle 6 is traversed by a conduit or supply tube 12 made of refractory material dipping into the cast iron up to the vicinity of the bottom of the pocket 1; the upper part of the duct 12 opens out at the center of the nozzle 6, at the level of the planar upper face of the latter.
  • the bag 1 is connected to a source 13 of pressurized gas by a conduit 14, the communication of the bag 1 with the pressure source 13 or with the atmosphere being effected by a suitable device 15 outside the bag.
  • a pressure gauge 16 makes it possible to monitor the pressure prevailing inside the pocket during pouring.
  • the frame 3 comprises posts 17 provided at their base with wheels 18 carried by two rails 19.
  • the posts 17 are joined at their upper end by a ceiling 20 carrying a jack 21 directed downwards and whose piston rod 22 carries, articulated at its lower end, a support plate 23.
  • the posts 17 also each carry a flange 24 on which a helical spring 25 rests.
  • a horizontal support plate 26 can slide vertically along a part of the posts 17 situated above the flanges 24; this plate 26 is in constant abutment on the upper end of the springs 25 and is biased by them to the top. When no downward pressure is applied to the plate 26, it is at a level higher than that of the upper face of the nozzle 6.
  • a circular opening 27, of sufficient diameter to allow the nozzle 6 to pass is provided in the plate 26.
  • the mold 4 is a solid blind mold made of sand made in at least two parts. This mold comprises a pouring well 28 and four cavities 29 each connected to the well 28 by an attack 30 and distributed over two stages.
  • the well 28 is vertical and of circular section approximately equal to that of the supply tube 12. It is open at its base, which has a housing 31 having a tapered flared shape combined with that of the nozzle 6. It s extends to a certain distance from the upper end face of the mold.
  • the four attacks 30 are parallel two by two and roughly horizontal. Their section is rectangular, and the determination of this section will be explained later.
  • the operation of the installation is as follows: the frame 3 being distant from the pocket 1, an appropriate refractory seal 32 is applied to the bottom of the housing 31 of the mold 4.
  • the mold 4, containing in each cavity a non-core shown, is placed on the plate 26 and centered on the opening 27 thereof, then the frame 3 is brought on the rails 19 above the pocket 1 of liquid iron so that the nozzle 6 is opposite of the housing 31 of the mold.
  • the jack 21 is then extended so as to lower, by means of the plate 23, the mold 4 and its support 26 against the force springs 25. This operation clamps the seal 32 between the bottom of the housing 31 and the nozzle 6 and ensures the sealed connection of the pouring well to the supply tube.
  • the bag 1 is then connected to the pressure source 13 by operating the device 15.
  • the pressure acting on the free surface of the cast iron makes it rise in the tube 12.
  • the cast iron fills the well 28 of the mold, the attacks 30 and the imprints 29.
  • the pressure is maintained for a determined time as a function of the dimensions and shapes of the parts and their system of attacks.
  • the well 28 plays during this time the role of reserve or counterweight by bringing to the imprints the additional liquid cast iron intended to compensate for the withdrawals.
  • the attacks 30 solidify, the gas pressure is brought back to atmospheric pressure in the pocket 1, by operation of the device 15, and the liquid iron being in the well 28 and in the tube 12 goes back down in the pocket 1 by evacuating these two conduits.
  • the area of the section of the well 28 is comprised between the sum of the areas of the sections of the attacks 30 of a stage and the sum of the areas of the sections of all the attacks.
  • the mold partially shown in Figs. 2 and 3 also has two footprints 29 per floor. However, in this case, each imprint is fed by several attacks 30, and intermediate channels 33 connect the well 28 to two of these attacks respectively. To keep the calm filling mode described above, the area of the section of each channel 33 is greater than the sum of the areas of the sections of the attacks fed by this channel.
  • the cavities (wells, channels, attacks) of the mold are dimensioned so that, at all times, this is the sum of the areas of the sections of the attacks in service (i.e. neither empty nor solidified) which is greater than the cross-sectional area of the tapping well.

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Abstract

Dans ce moule, la somme des aires des sections des attaques (30) en service est, à au moins un moment de la coulée, supérieure à l'aire de la section du puits de coulée (28), ou au moins du même ordre que cette aire. Ceci permet de ralentir le métal pendant son passage dans les attaques, et donc d'obtenir un remplissage calme des empreintes. Application au moulage multi-étages de pièces de fonderie à paroi mince. <IMAGE>

Description

  • La présente invention est relative à la coulée de métal sous basse pression en moule en sable borgne. Elle concerne en premier lieu un procédé de coulée de métal sous basse pression dans un moule en sable borgne comprenant un puits de coulée ouvert vers le bas, au moins une empreinte, et des attaques de coulée reliant le puits de coulée à cette empreinte ou à ces empreintes, procédé du type dans lequel on relie la base du puits de coulée à l'extrémité supérieure d'un tube d'amenée de métal liquide, et l'on fait monter le métal dans ce tube et dans le puits jusqu'à remplissage de l'empreinte ou des empreintes par l'intermédiaire des attaques.
  • La technique de coulée sous basse pression (voir par exemple les FR-A-2 295 808, 2 367 566 et 2 556 996 au nom de la Demanderesse) est particulièrement avantageuse, par rapport à la coulée gravitaire, pour réaliser des pièces métalliques à paroi mince et/ou de forme complexe et/ou de grandes dimensions. En effet, la pression exercée par le métal, qui résulte de l'injection d'un gaz dans une poche étanche contenant le métal liquide, peut être commandée à volonté de façon à pousser le métal dans tous les recoins des empreintes.
  • Toutefois, avec certaines configurations de pièces, on a constaté l'apparition de certains défauts de fonderie liés au remplissage, par exemple de soufflures (c'est-à-dire inclusion de bulles d'air).
  • L'invention a pour but de perfectionner la technique de coulée sous basse pression de façon à diminuer la fréquence d'apparition de tels défauts.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de coulée du type précité, caractérisé en ce que, à au moins un moment de la coulée, on ralentit le métal pendant son passage dans les attaques en service.
  • Suivant un mode de mise en oeuvre, on envoie dans le tube d'amenée un débit de métal liquide adapté pour provoquer une montée de ce métal au-dessus des attaques en service.
  • L'invention a également pour objet un moule en sable borgne visant à obtenir les mêmes buts. Ce moule, du type comprenant un puits de coulée ouvert vers le bas, au moins une empreinte, et des attaques de coulée reliant le puits de coulée à cette empreinte ou à ces empreintes, est caractérisé en ce que la somme des aires des sections des attaques en service est, à au moins un moment de la coulée, supérieure à l'aire de la section du puits de coulée, ou au moins du même ordre que cette aire.
  • Dans le cas d'un moule à plusieurs empreintes, en particulier, la somme des aires des sections de toutes les attaques peut être supérieure à l'aire de la section du puits de coulée, ou au moins du même ordre que cette aire.
  • Plus spécifiquement, si les empreintes sont réparties sur n étages, l'aire de la section du puits de coulée peut être comprise entre la somme des aires des sections des attaques de (n - 1) étages et celle des sections de toutes les attaques.
  • Si le moule comprend des groupes d'attaques alimentées chacune par un canal intermédiaire, de préférence, l'aire de la section de chaque canal est au moins égale à la somme des aires des sections des attaques qu'il alimente.
  • L'invention a encore pour objet une installation de coulée de métal sous basse pression constituant une application d'un tel moule. Cette installation, du type comprenant une poche de coulée d'où part un tube d'amenée de métal liquide ouvert vers le haut, une source de gaz sous pression reliée à la poche, au moins un moule en sable borgne comprenant un puits de coulée ouvert vers le bas, au moins une empreinte, et des attaques de coulée reliant le puits de coulée à cette empreinte ou à ces empreintes, et des moyens pour appliquer la base du puits de coulée sur l'ouverture du tube d'amenée, est caractérisée en ce que le moule est conforme à la définition ci-dessus.
  • Des exemples donnés à titre non limitatif de mise en oeuvre de l'invention vont maintenant être décrits en regard des dessins annexés, sur lesquels :
    • la Fig. 1 représente schématiquement, en coupe verticale, une installation de coulée conforme à l'invention ;
    • la Fig. 2 montre schématiquement, en coupe suivant la ligne II-II de la Fig. 3, un autre moule pouvant être utilisé dans l'installation de la Fig. 1 ; et
    • la Fig. 3 est une vue de ce moule prise en coupe suivant la ligne III-III de la Fig. 2.
  • L'installation représentée à la Fig. 1 comporte une enceinte 1 formant une poche ou réserve de métal liquide 2, un bâti 3 de support de moule et un moule en sable 4. Elle est appliquée à la coulée sous basse pression de fonte (fonte grise ou fonte à graphite sphéroïdal), d'acier ou d'un super-alliage dans le moule 4. A part la configuration interne de ce moule, l'installation est identique à celle décrite dans le FR-A-2 295 808 précité.
  • La poche 1, fixe, comporte un couvercle supérieur 5 fixé de façon étanche à ses parois latérales et verrouillé par des moyens appropriés (non représentés). Une buse de coulée 6 traverse un orifice 7 ménagé dans le couvercle 5. Cette buse 6 comporte une partie inférieure tubulaire 8 dont le diamètre extérieur correspond au diamètre de l'orifice 7 et une partie supérieure 9, de forme générale tronconique, qui s'appuie de façon étanche sur la périphérie de l'orifice 7 par sa grande base plane 10. Une garniture d'étanchéité 11 constituée par un cordon d'amiante est logée dans une gorge ménagée dans la base 10 de la buse. La buse 6 est traversée par un conduit ou tube d'amenée 12 en matériau réfractaire plongeant dans la fonte jusqu'au voisinage du fond de la poche 1 ; la partie supérieure du conduit 12 débouche au centre de la buse 6, au niveau de la face supérieure plane de celle-ci.
  • La poche 1 est reliée à une source 13 de gaz sous pression par un conduit 14, la mise en communication de la poche 1 avec la source de pression 13 ou avec l'atmosphère s'effectuant par un dispositif approprié 15 extérieur à la poche. Un manomètre 16 permet de surveiller la pression régnant à l'intérieur de la poche lors de la coulée.
  • Le bâti 3 comprend des poteaux 17 munis à leur base de roues 18 portées par deux rails 19.
  • Les poteaux 17 sont réunis à leur extrémité supérieure par un plafond 20 portant un vérin 21 dirigé vers le bas et dont la tige de piston 22 porte, articulée à son extrémité inférieure, une plaque d'appui 23.
  • Les poteaux 17 portent également chacun une collerette 24 sur laquelle s'appuie un ressort hélicoïdal 25. Une plaque de support 26 horizontale peut coulisser verticalement le long d'une partie des poteaux 17 située au-dessus des collerettes 24 ; cette plaque 26 est en appui constant sur l'extrémité supérieure des ressorts 25 et est sollicitée par ceux-ci vers le haut. Lorsqu'aucune pression vers le bas n'est appliquée à la plaque 26, celle-ci se trouve à un niveau supérieur à celui de la face supérieure de la buse 6. Une ouverture circulaire 27, de diamètre suffisant pour laisser passer la buse 6, est ménagée dans la plaque 26.
  • Le moule 4 est un moule borgne massif en sable réalisé en au moins deux parties. Ce moule comprend un puits de coulée 28 et quatre empreintes 29 reliées chacune au puits 28 par une attaque 30 et réparties sur deux étages.
  • Le puits 28 est vertical et de section circulaire à peu près égale à celle du tube d'amenée 12. Il est ouvert à sa base, qui présente un logement 31 ayant une forme évasée tronconique conjuguée de celle de la buse 6. Il s'étend jusqu'à une certaine distance de la face d'extrémité supérieure du moule.
  • Les quatre attaques 30 sont parallèles deux à deux et à peu près horizontales. Leur section est rectangulaire, et la détermination de cette section sera expliquée plus loin.
  • Le fonctionnement de l'installation est le suivant : le bâti 3 étant éloigné de la poche 1, un joint d'étanchéité réfractaire approprié 32 est appliqué au fond du logement 31 du moule 4. Le moule 4, contenant dans chaque empreinte un noyau non représenté, est placé sur la plaque 26 et centré sur l'ouverture 27 de celle-ci, puis le bâti 3 est amené sur les rails 19 au-dessus de la poche 1 de fonte liquide de façon que la buse 6 se trouve en regard du logement 31 du moule. Le vérin 21 est alors mis en extension de façon à abaisser, par l'intermédiaire de la plaque 23, le moule 4 et son support 26 à l'encontre de la force des ressorts 25. Cette opération serre le joint 32 entre le fond du logement 31 et la buse 6 et assure la liaison étanche du puits de coulée au tube d'amenée.
  • La poche 1 est ensuite reliée à la source de pression 13 par manoeuvre du dispositif 15. La pression agissant sur la surface libre de la fonte fait monter celle-ci dans le tube 12. La fonte remplit le puits 28 du moule, les attaques 30 et les empreintes 29. La pression est maintenue pendant un temps déterminé en fonction des dimensions et des formes des pièces et de leur système d'attaques. Le puits 28 joue pendant ce temps le rôle de réserve ou de masselotte en apportant aux empreintes la fonte liquide supplémentaire destinée à compenser les retraits. Puis les attaques 30 se solidifient, la pression de gaz est ramenée à la pression atmosphérique dans la poche 1, par manoeuvre du dispositif 15, et la fonte liquide se trouvant dans le puits 28 et dans le tube 12 redescend dans la poche 1 en évacuant ces deux conduits.
  • L'action du vérin 21 est alors supprimée, l'ensemble moule-support 26 est écarté de la buse 6 sous l'action des ressorts 25, et l'ensemble du bâti 3 est éloigné horizontalement de la poche sur les rails 19
  • La description qui précède est conforme à la technique décrite dans le FR-A-2 295 808 précité, et. le joint d'étanchéité 32 peut être tel que décrit dans ce document.
  • Conformément à la présente invention, l'aire de la section du puits 28 est comprise entre la somme des aires des sections des attaques 30 d'un étage et la somme des aires des sections de toutes les attaques. Par suite, lorsque l'on applique un débit de gaz approprié par le conduit 14, le métal monte dans le puits 28 afin d'assurer une hauteur métallostatique suffisante au niveau de chaque étage, et le métal se détend en pénétrant dans les attaques. Ceci permet d'assurer une coulée multiétages tout en garantissant un écoulement régulier du métal, avec un minimum de turbulences, et, par suite, réduit l'érosion du sable dû au passage du métal liquide, dans les attaques comme dans les empreintes elles-mêmes. Les risques d'occlusion de bulles d'air dans le métal et d'apparition de reprises sont minimisés. Il en résulte finalement des pièces plus saines.
  • Le moule représenté partiellement aux Fig. 2 et 3 comporte également deux empreintes 29 par étage. Cependant, dans ce cas, chaque empreinte est alimentée par plusieurs attaques 30, et des canaux intermédiaires 33 relient le puits 28 à deux de ces attaques respectivement. Pour conserver le mode de remplissage calme décrit ci-dessus, l'aire de la section de chaque canal 33 est supérieure à la somme des aires des sections des attaques alimentées par ce canal.
  • Dans le cas d'empreintes de grande dimension, qui correspond à l'alimentation de chaque empreinte par plusieurs attaques comme aux Fig. 2 et 3, il peut arriver que les attaques du ou des premiers étages soient solidifiées avant que le métal soit parvenu au sommet du puits de coulée. Dans ce cas, on dimensionne les cavités (puits de coulée, canaux, attaques) du moule de façon que, à chaque instant, ce soit la somme des aires des sections des attaques en service (c'est-à-dire ni vides ni solidifiées) qui soit supérieure à l'aire de la section du puits de coulée.

Claims (7)

  1. Procédé de coulée de métal sous basse pression dans un moule en sable borgne comprenant un puits de coulée (28) ouvert vers le bas, au moins une empreinte (29), et des attaques de coulée (30) reliant le puits de coulée à cette empreinte ou à ces empreintes, du type dans lequel on relie la base du puits de coulée à l'extrémité supérieure d'un tube d'amenée de métal liquide (12), et l'on fait monter le métal dans ce tube et dans le puits jusqu'à remplissage de l'empreinte ou des empreintes par l'intermédiaire des attaques, caractérisé en ce que, à au moins un moment de la coulée, on ralentit le métal pendant son passage dans les attaques en service.
  2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on envoie dans le tube d'amenée un débit de métal liquide adapté pour provoquer une montée de ce métal au-dessus des attaques en service.
  3. Moule en sable borgne pour la coulée de métal sous basse pression, du type comprenant un puits de coulée (28) ouvert vers le bas, au moins une empreinte (29), et des attaques de coulée (30) reliant le puits de coulée à cette empreinte ou à ces empreintes, caractérisé en ce que la somme des aires des sections des attaques (30) en service est, à au moins un moment de la coulée, supérieure à l'aire de la section du puits de coulée (28), ou au moins du même ordre que cette aire.
  4. Moule suivant la revendication 3, du type à plusieurs empreintes (29), caractérisé en ce que la somme des aires des sections de toutes les attaques (30) est supérieure à l'aire de la section du puits de coulée (28), ou au moins du même ordre que cette aire.
  5. Moule suivant la revendication 4, dans lequel les empreintes (29) sont réparties sur n étages, caractérisé en ce que l'aire de la section du puits de coulée (28) est comprise entre la somme des aires des sections des attaques (30) de (n - 1) étages et celle des sections de toutes les attaques.
  6. Moule suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5, du type comprenant des groupes d'attaques (30) alimentées chacune par un canal intermédiaire (33), caractérisé en ce que l'aire de la section de chaque canal est au moins égale à la somme des aires des sections des attaques qu'il alimente.
  7. Installation de coulée de métal sous basse pression en moule en sable borgne, du type comprenant une poche de coulée (1) d'où part un tube d'amenée (12) ouvert vers le haut, une source (13) de gaz sous pression reliée à la poche, au moins un moule en sable borgne (4) comprenant un puits de coulée (28) ouvert vers le bas, au moins une empreinte (29), et des attaques de coulée (30) reliant le puits de coulée à cette empreinte ou à ces empreintes, et des moyens (21) pour appliquer la base du puits de coulée sur l'ouverture du tube d'amenée, caractérisée en ce que le moule est conforme à l'une quelconque des revendications 3 à 6.
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BR (1) BR9102618A (fr)
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