EP3184201A2 - Dispositif de noyautage pour fonderie par gravite - Google Patents

Dispositif de noyautage pour fonderie par gravite Download PDF

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EP3184201A2
EP3184201A2 EP16200006.1A EP16200006A EP3184201A2 EP 3184201 A2 EP3184201 A2 EP 3184201A2 EP 16200006 A EP16200006 A EP 16200006A EP 3184201 A2 EP3184201 A2 EP 3184201A2
Authority
EP
European Patent Office
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openings
cavities
fluid
coring
blowing
Prior art date
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Granted
Application number
EP16200006.1A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP3184201A3 (fr
EP3184201B1 (fr
Inventor
Stephane Lhote
Karl Schmitt
Jean Pierre Delan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PSA Automobiles SA
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Peugeot Citroen Automobiles SA filed Critical Peugeot Citroen Automobiles SA
Publication of EP3184201A2 publication Critical patent/EP3184201A2/fr
Publication of EP3184201A3 publication Critical patent/EP3184201A3/fr
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Publication of EP3184201B1 publication Critical patent/EP3184201B1/fr
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/12—Treating moulds or cores, e.g. drying, hardening

Definitions

  • the invention relates to a foundry technique, called gravity casting, also referred to as gravity casting, which is used to mold metal parts.
  • Gravity casting has several variants of implementation, including for example gravity casting called shell, source, tilted or low pressure, the invention is interested in all these variants.
  • the invention is more particularly concerned with so-called coring devices intended to manufacture cores for molds used in this type of technique.
  • the cores are, in a known manner, components of the mold, made from sand, natural or artificial, (silica, mullite, ceramic and the like, ...) which make it possible to make the internal recesses of the workpiece. mold, or undercut areas thereof.
  • coring devices generally consist of three large parts, movable relative to each other.
  • the upstream part also called the "firing head” which has an enclosure that receives sand at the top or, more generally, sand associated with components of the organic or inorganic binder type, for example.
  • a binder (s) in pulverulent form coming from a hopper, and which distributes this powder mixture through at least one plate pierced with openings called “firing plate” by distribution nozzles shoot.
  • Kernel box delimits the cavities that will correspond to the shape and dimensions of the cores to be manufactured, the firing nozzles mentioned above being in fluid connection with openings disposed in the upper part of the cavities. question to allow filling.
  • the part “drying (by a gas)" which allows, once the cavities of the stone box filled with the powder mixture, to harden it, so that the box nucleus can finally eject hardened / compact and manipulable cores from its cavities to the molds.
  • This hardening is done by heating the powder mixture, which causes its dehydration and hardening of the binder, for example by crosslinking when the binder is of organic type, thus ensuring the consistency of the cores.
  • this curing by heating is by diffusion, in the heart, in the powder mixture of hot air and dry under pressure: after feeding the cavities in sand / binder mixture through openings in the cavities, it is blown from the air. hot air by these same openings in the cavities on the nuclei being formed.
  • the purpose of the invention is therefore to improve the coring devices and, more particularly, to improve the way in which the cores harden, in particular in order to overcome the disadvantages mentioned above.
  • the subject of the invention is thus a coring device for gravity foundry, said coring device comprising: - means for constituting cores comprising tools defining molding cavities, - means for supplying pulverulent compound (s) (s) said cavities through feed openings, and - drying means nuclei being formed in said cavities by blowing a fluid through blow openings, such that the blow openings are distinct from the openings 'food.
  • the invention therefore proposes to differentiate the sand and binder supply openings from hot air (fluid) blowing openings, which opens up completely new possibilities for operating the drying of the cores.
  • the drying of the cores is obtained by combining the temperature of the metal tool ("peripheral” hardening) and the circulation of a hot pressurized fluid which passes through the porous core (hardening "at heart"): hot tools and hot fluid vaporize and evacuate the water contained in the binder.
  • This dehydration of the binder contained in the core makes it harden and makes it possible to obtain a hard and manipulable core (sand + binder).
  • Dehydration can be obtained by two physical phenomena, namely the phase change from the liquid water to the steam water, the vapor water being evacuated by the gas flow, and, in the case of air as fluid drying, the absorption of moisture in dry air.
  • the drying fluid is introduced through the same orifice which allows to inject, first, sand in the metal tool and then the hot drying fluid. It is evacuated through openings equipped with filters arranged in the tooling in the opposite part of the tooling to the part where it is injected, the filters (for example of metal type slats) letting a fluid pass but not the sand.
  • filters for example of metal type slats
  • the coring processes which implement a hardening of the core by drying the binder, thus have a generally very long cycle time compared to other processes, the cycle time being directly related to the ability of the process to remove water contained in the kernel.
  • the management of the flow of the hot fluid which passes through and dries the core is therefore very important in obtaining a short cycle time.
  • the invention by choosing in the cavities the different sand and binder supply openings of the openings for the blowing of drying fluid, makes it possible to separately improve the injection of sand and that of fluid, by releasing itself from the constraints at the step of filling the cavities with sand: it is finally possible to improve the manner of blowing the drying fluid through the core without the risk of degrading at the same time the way of injecting the sand + binder mixture. It is thus possible, in particular, to use blowing means appropriately sized for a hot fluid, one can also freely choose the distribution and sizing of the openings for blowing the cavities, independently of the sand supply openings.
  • the blowing apertures are in fluid connection with a fluid supply box.
  • the box is generally itself connected in a sealed manner to a fluid generator of the hot air or superheated steam type, and the fluid inlet to the desired temperature and to the desired pressure in the box can be controlled by appropriate control means.
  • the box comprises a plate provided with openings in fluid connection with the blowing openings by ducts. These conduits thus pass, in particular, one of the cavities defining imprints, including the lower footprint.
  • the device comprises a system for ejecting hardened cores, said system being disposed on the side of the blowing apertures and out of the waterproof case. It is thus possible to dimension the volume of the waterproof case as accurately as possible, and to avoid or to limit heat losses as much as possible, thus limiting the components present in the watertight case.
  • said ejection system comprises ejectors whose base is out of the watertight chamber and which pass through the plate of the watertight box through openings in said plate.
  • the openings made in the plate for the ejectors are sealed: the ejectors can be moved in particular vertical movement, between a rest position and an ejection position, with a sliding of the body of the ejectors in the openings of the deck of the box without questioning the tightness of the box, or negligibly.
  • the blow openings are equipped with filter (s). This prevents the presence of these openings disturbing the filling of the cavities by sand + binder mixture through the feed nozzles (the sand can not pass through these filters). It is thus easier to position the drying fluid injection zones in the cavities without negative impact, without any additional appearance defects on the core and thus on the final casting.
  • filters also help to homogenize the circulation of drying fluid in the core.
  • blowing apertures and the feed openings may be arranged relative to one another in the cavities so that the direction of introduction of the powdery materials into said cavities is substantially opposite to the direction of introduction of the fluid. drying in said cavities.
  • all the blow openings are grouped on one edge of the cavity, and all the feed openings on an opposite edge.
  • the feed openings may all be on the side of one of the imprints (the upper particular) and the blowing openings on the side of the other imprint (the lower particular). This configuration allows a flow of sand in the cavity substantially in the opposite direction of the circulation of the drying fluid, later in the core being formed.
  • the drying means may comprise means for evacuating the fluid from the cavities via discharge openings in fluid connection with a box, possibly connected to a suction system. Providing suction makes it possible to facilitate and better control the flow of the drying fluid in the porous core.
  • the evacuation openings are in fluid connection with a fluid evacuation box, the evacuation box preferably comprising a plate provided with openings in fluid connection with the evacuation openings by ducts or by evacuation nozzles.
  • the discharge nozzles mounted on a plate can be placed above the feed openings, instead of the feed nozzles, during the blowing step.
  • these evacuation means are equipped with filters.
  • the filters serve to contain the sand + binder mixture in the cavity, during the filling of the cavity and throughout the formation of the core.
  • the evacuation means use recess feeding apertures and / or separate openings, preferably provided with filters.
  • the device according to the invention may have at least two systems for ejecting hardened cores, including in particular a system positioned on the side of the blowing openings and a system placed on the side of the cavity supply openings.
  • a core ejection system generally disposed on the opposite side of the core box to the side provided with sand + binder feed nozzles.
  • the ejection system is rather on the same side, therefore, according to the preferred embodiment of the invention, on the side opposite to that of the blow openings, or to cumulate the two systems of ejection, adding this additional ejection system.
  • the pulverulent compounds comprise sand and at least one mineral-type binder.
  • they contain only binders of a mineral nature, for example based on silicate and / or phosphate. In fact, giving up organic binders makes it possible to follow regulatory developments in the field of foundry.
  • the drying fluid is preferably air (hot and dry) or superheated steam.
  • the subject of the invention is also the method for implementing the device described above, where the powdery compound (s) are fed with the cavities through feed openings, and then a fluid is blown in. cavities for drying nuclei in constitution in said cavities by blowing a fluid through openings, the injection of the fluid being in the cavities in a direction opposite to the injection of the pulverulent compounds.
  • the supply of sand and binder is generally above the core box, with the feed openings disposed on the upper edge of the cavities.
  • the blowing openings are rather arranged on the lower edge of the cavities, so that the sand and binder core box is fed in a direction generally from top to bottom, and in that then hot fluid is blown in a generally opposite direction, from bottom to top.
  • the drying fluid is evacuated from the suction cavities through openings in said cavities. It forces the evacuation of the fluid out of the cavities, which allows to accelerate and better guide its path in the porous core.
  • the invention also relates to the application of the device and / or method described above for obtaining foundry cores devoid of organic binder.
  • the subject of the invention is also the application of the device and / or the method described above for obtaining foundry cores corresponding to portions of thermal engine parts, in particular cylinder head portions, and for example engine cylinder head water, and any other casting, in particular for the automotive industry, whose geometry must be very precise and reproducible and whose surface quality must be high.
  • the invention also relates to the cores obtained by the device previously described, these cores being substantially free of organic components.
  • the invention also relates to a foundry casting process gravity castings, which uses these cores.
  • FIGS. 1 to 6 are therefore views in vertical section of a device 1 coring according to the state of the art, and all compounds and the mode of operation will not be detailed, at different stages of the manufacture of nuclei. They allow to illustrate the principle of the manufacture of foundry cores, without the invention is necessarily limited to this precise device.
  • This device 1 thus schematically comprises a portion 2 called “firing head assembly” fed powder mixture of sand and binder through a conduit (not shown) into which opens a hopper (not shown).
  • the device also comprises a part 3 called “box of cores”, a part called “set of drying 4 ( figure 4 ) and a part called “ejection system” 5.
  • the kernel box 3 is mounted movably along a vertical axis X and along a horizontal axis Z.
  • the drying assembly 4 and the firing head assembly 2 are movably mounted along a horizontal axis Y.
  • the kernel box 3 comprises a heated lower cavity 31, heated upper cavity 32, forks (not shown), and cavities 34 defined together by indentations 31 and 32 to define the shapes and dimensions of the cores to be manufactured.
  • the firing head 2 comprises an injection plate 21 which is located in the lower part of the box containing the mixture of sand and binder S, and which is provided with openings in connection with injection nozzles 22 intended to supply the cavities 8 by channels 33 made in the upper cavity 7.
  • the drying system 4 ( figure 4 ) comprises an injection bell 41, with an injection point 42 connected to a hot fluid source of dry hot air type (not shown).
  • the injection chamber 42 is able to inject this hot fluid into the cavities 8 via the supply channels 33. Filters 35 on openings of the cavities in the lower cavity allow the drying fluid to be evacuated by retaining the sand in the cavity.
  • the ejection system 5 comprises ejectors 51 fixed on a movable ejection plate 52 disposed under the lower cavity 32.
  • the figure 1 is a general representation of the coring device with the open core box, at the start of manufacture: the two indentations 31 and 32 are not in contact with each other, the feed nozzles 22 in mixture are not not in connection with the channels 33 of the upper imprint 31.
  • the figure 2 represents the closed core box 3, in the injection position in the closed cavities 34 of the sand + binder mixture through the nozzles 22 and then the channels 33 opening into openings disposed in the upper cavity 31 of the cavities 34.
  • the figure 3 represents the core box 3 always closed, with the cavities 34 being filled: this is the step of injecting the mixture S under pressure.
  • the figure 4 represents the step of withdrawal of the firing head and the installation of the drying system 4 above the upper impression 31.
  • the hot pressurized fluid is guided from the location where the feed nozzles 22 were. through the channels 33 into the cavities 34 to pass through the cores N. It is then discharged through the filters 35 arranged by openings in the bottom recess 32.
  • the preferential flow flows of the hot fluid, symbolized by arrows f1 at the figure 4 are therefore related to the implantation of the injection nozzles 22.
  • the figure 5 represents the step of stopping the blowing of the hot fluid and the opening of the core box 3, when the core is sufficiently hardened to be ejected and manipulated: the cores rest on the lower cavity 32.
  • the figure 6 represents the step of ejecting the cores N, by the ejection system 5, by a vertical thrust up the cores by the ejectors 55 supported by the movable platen 52 in vertical translation.
  • the figure 7 represents, according to the invention, an alternative for drying the N-rings: all else being equal, the circulation flow of the hot fluid, as represented by the arrows f2, is reversed by modifying the drying system 4 ', 4 " the hot fluid supply is by the system 4 ', and its evacuation by the system 4 ".
  • Under the lower recess 32 is added a movable plate 41 'defining a watertight box 42' supplied by a source of hot fluid.
  • An impervious bell 42 defined by a plate 41" having a peripheral seal 43 "is operated above the upper cavity 31.
  • figure 8 is an enlargement of the plate 41 "and will be described with the figure 7 .
  • the fluid injection is done by the box 42 'in fluid connection with the channels 36 formed in the lower cavity and opening into the cavities 34 through openings with filters 35, from below.
  • the plate 41 'being traversed by the ejectors 51 through appropriate openings, can be provided with these openings of peripheral sealing means 52 so as to ensure the sealing of the box 42' in these areas.
  • the hot fluid then rises through the cores N, through the openings of the plate 42 "provided with evacuation nozzles 43" equipped with teats 44 "whose output section is optionally provided with a filter 45".
  • This plate 42 "associated with the plate 41” defines a waterproof case.
  • the nozzles 43 are therefore not in the true sense of the injection nozzles, but nozzles for capturing and discharging the hot fluid at the top to the box 42", their filters 45 "ensuring, if necessary, the retention of the sand and binder in cavities 34.
  • the figure 9 is a variant of the figure 7 : other things being equal, the lower injection system 5 is supplemented by an upper injection system 5 'mounted mobile in vertical translation, and comprising ejectors 51' mounted on a movable stage 52 ', and which pass through the stage 42 "may be provided sealing means (not shown) to maintain the sealing of the evacuation chamber in the areas crossed by these additional ejectors.
  • the invention thus circulates the drying fluid in the opposite direction to the injection of the sand + binder mixture.
  • the injection of the fluid is in the example of the invention by conduits in the cavity opening into the cavities through openings equipped with filters.
  • the step of filling the cavities by injection of the sand is not disturbed; the zones of injection of drying fluid are easily positioned without any negative impact on the quality of appearance of the core, and therefore of the casting, the circulation homogeneity of the drying fluid is improved throughout the porous core.
  • the advantages of the invention are significant.
  • the core acquires faster mechanical characteristics sufficient to support the next step of ejection without damage, and this , especially as we inject the hot fluid from the lower cavity, so that we put in contact the hot fluid first with the lower part of the core in the cavity, the one that is subjected most directly to thrust of ejectors.
  • the core also sees its storage capacity increase, by a greater durability of its mechanical properties.
  • drying can start earlier, because it is no longer necessary to wait for the withdrawal of the sand injection plate and the establishment of the injection bell of the drying fluid: drying can begin as soon as the sand injection plate is removed.
  • the filters positioned both in the hot fluid blow-out openings and in the discharge openings thereof ensure not only the retention of sand in the cavity but also the absence or the almost absence of traces of these openings on the cavity. the core and thus the resulting casting (which is not always the case of sand injection nozzles). It is even noted that the addition of filters in the openings of the exhaust ducts (which may be the same as the ducts into which the sand injection nozzles open into the injection position) makes it possible to smooth out the defects of aspect created during sand injection.
  • blowing of the drying fluid can be adjusted at best by adjusting the blowing pressure, which can be constant or gradual, and that a suction in the discharge zone also makes it possible to adjust all the time. drying.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Casting Devices For Molds (AREA)
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Abstract

L'invention a pour objet un dispositif de noyautage pour fonderie par gravité, ledit dispositif de noyautage comportant : - des moyens de constitution des noyaux comprenant des outillages définissant des cavités de moulage, - des moyens d'alimentation en composé(s) pulvérulent(s) desdites cavités par des ouvertures d'alimentation, et - des moyens de séchage des noyaux en cours de constitution dans lesdites cavités par soufflage d'un fluide par des ouvertures de soufflage, tel que les ouvertures de soufflage sont distinctes des ouvertures d'alimentation.

Description

  • L'invention se rapporte à une technique de fonderie, appelée fonderie par gravité, aussi désignée sous le terme de coulée par gravité, qui permet de mouler des pièces métalliques. La coulée gravité connaît plusieurs variantes de mise en oeuvre, dont par exemple la coulée gravité dite coquille, en source, basculée ou basse pression, l'invention s'intéressant à toutes ces variantes.
  • L'invention s'intéresse plus particulièrement aux dispositifs dits de noyautage destinés à fabriquer des noyaux pour des moules utilisés dans ce type de technique. En fonderie, les noyaux sont, de façon connue, des composants du moule, réalisés à base de sable, naturel ou artificiel, (silice, mullite, céramique et autre,...) qui permettent de réaliser les évidements intérieurs de la pièce à mouler, ou des zones en contre-dépouille de celle-ci.
  • Ces dispositifs de noyautage sont généralement constitués de trois grandes parties, mobiles les unes par rapport aux autres.
  • Il y a tout d'abord la partie la plus amont, également appelée « tête de tir », qui présente une enceinte qui reçoit en partie haute le sable ou, plus généralement le sable associé à des composants du type liant organique ou minéral, par exemple un/des liants(s) sous forme pulvérulente, provenant d'une trémie, et qui distribue ce mélange pulvérulent au travers d'au moins une plaque percée d'ouvertures dite « plaque de tir » par des buses de distribution dites buses de tir.
  • Il y a ensuite la « boîte à noyaux », qui délimite les cavités qui vont correspondre à la forme et aux dimensions des noyaux à fabriquer, les buses de tir mentionnées plus haut étant en connexion fluidique avec des ouvertures disposées en partie supérieure des cavités en question pour en permettre le remplissage.
  • Il y a, enfin, la partie « séchage (par un gaz) », qui permet, une fois les cavités de la boîte à noyaux remplies du mélange pulvérulent, de durcir celui-ci, de manière à ce que la boîte à noyaux puisse finalement éjecter des noyaux durcis/compacts et manipulables de ses cavités vers les moules. Ce durcissement se fait par chauffage du mélange pulvérulent, qui entraîne sa déshydratation et le durcissement du liant, par exemple par réticulation quand le liant est de type organique, assurant ainsi la cohérence des noyaux.
  • Généralement, ce durcissement par chauffage se fait par diffusion, à coeur, dans le mélange pulvérulent d'air chaud et sec sous pression : après avoir alimenté les cavités en mélange sable/liant par des ouvertures pratiquées dans les cavités, on vient souffler de l'air chaud par ces mêmes ouvertures dans les cavités sur les noyaux en cours de constitution.
  • Cependant, on cherche à faire évoluer la façon dont on opère le durcissement des noyaux pour différentes raisons. L'une des raisons est que le procédé de chauffage décrit plus haut présente un coût énergétique non négligeable. En outre, l'opération de chauffage est assez longue, et allonge significativement donc le temps de cycle de production des noyaux. Enfin, on tend à avoir de plus en plus recours à des liants minéraux, et non plus organiques, notamment pour suivre les évolutions réglementaires en la matière, et avec ce type de liant, améliorer l'efficacité du séchage est important.
  • L'invention a alors pour but d'améliorer les dispositifs de noyautage, et, plus particulièrement, d'améliorer la façon d'opérer le durcissement des noyaux, notamment afin de remédier aux inconvénients mentionnés précédemment.
  • L'invention a alors pour objet un dispositif de noyautage pour fonderie par gravité, ledit dispositif de noyautage comportant : - des moyens de constitution des noyaux comprenant des outillages définissant des cavités de moulage , - des moyens d'alimentation en composé(s) pulvérulent(s) desdites cavités par des ouvertures d'alimentation, et - des moyens de séchage des noyaux en cours de constitution dans lesdites cavités par soufflage d'un fluide par des ouvertures de soufflage, tel que les ouvertures de soufflage sont distinctes des ouvertures d'alimentation.
  • L'invention propose donc de différencier les ouvertures d'alimentation en sable et liant des ouvertures de soufflage d'air (de fluide) chaud, ce qui ouvre de toutes nouvelles possibilités d'opérer le séchage des noyaux. En effet, dans le cas d'un liant à durcissement par chauffage/déshydratation, le séchage des noyaux est obtenu par la combinaison de la température de l'outillage métallique (durcissement « périphérique ») et de la circulation d'un fluide chaud sous pression qui traverse le noyau poreux (durcissement « à coeur ») : l'outillage chaud et le fluide chaud vaporisent et évacuent l'eau contenue dans le liant. Cette déshydratation du liant contenu dans le noyau le fait durcir et permet d'obtenir un noyau (sable + liant) dur et manipulable. La déshydratation peut être obtenue par deux phénomènes physiques, à savoir le changement de phase de l'eau liquide vers l'eau vapeur, l'eau vapeur étant évacuée par la circulation de gaz, et, dans le cas de l'air comme fluide de séchage, l'absorption de l'humidité dans l'air sec.
  • Or, dans l'état de l'art existant, le fluide de séchage est introduit par le même orifice qui permet d'injecter, dans un premier temps, du sable dans l'outillage métallique puis le fluide chaud de séchage. Il est évacué par des ouvertures équipées de filtres aménagées dans l'outillage dans la partie opposée de l'outillage à la partie où il est injecté, les filtres (par exemple de type métallique à lamelles) laissant passer un fluide mais pas le sable. Mais la déshydratation d'un noyau est une étape de fabrication longue à réaliser, si on fait la comparaison avec d'autres technologies de noyautage (du type boîte froide phénolique,...). Les procédés de noyautage, qui mettent en oeuvre un durcissement du noyau par séchage du liant, ont ainsi un temps de cycle généralement très long par rapport aux autres procédés, le temps de cycle étant directement lié à la capacité du procédé à éliminer l'eau contenue dans le noyau. La gestion du flux du fluide chaud qui traverse et assèche le noyau est donc très importante dans l'obtention d'un temps de cycle court.
  • Les inconvénients liés aux procédés selon l'état de l'art existant sont donc les suivants :
    • l'injection du fluide de séchage est située à l'opposé de la zone d'éjection des noyaux. La zone du noyau située côté éjection est donc séchée en dernier. Elle acquiert donc des caractéristiques mécaniques en dernier et ne permet donc pas une éjection rapide du noyau sans risque de casse. (A noter cependant, qu'une éjection du noyau même partiellement séché est possible si le noyau supporte d'être éjecté et manipulé, car le noyau continue à sécher hors de l'outillage du fait de sa propre chaleur),
    • les buses d'injection de sable sont dimensionnées prioritairement de manière à obtenir un bon remplissage du mélange sable + liant, le but étant d'obtenir un noyau de bonne qualité, sans zone mal remplie ou insuffisamment compactée, ces défauts sur noyaux engendrant des défauts sur la pièce de fonderie qui sera coulée. Les buses d'injection ne sont donc pas dimensionnées de manière optimale pour l'injection du fluide de séchage du liant. Des zones du noyau peuvent donc ne pas être séchées correctement/suffisamment par la circulation du fluide chaud. Le séchage se réalise alors par conduction de chaleur, ce qui rallonge donc d'autant le temps de cycle de séchage,
  • L'invention, en choisissant dans les cavités les ouvertures d'alimentation en sable et liant différentes des ouvertures pour le soufflage de fluide de séchage, permet d'améliorer séparément l'injection de sable et celle de fluide, en se libérant des contraintes liées à l'étape de remplissage des cavités par le sable : on peut enfin améliorer la façon de souffler le fluide de séchage au travers du noyau sans risquer de dégrader du même coup la façon d'injecter le mélange sable + liant. On peut ainsi, notamment, utiliser des moyens de soufflage dimensionnés de façon appropriée pour un fluide chaud, on peut aussi choisir librement la répartition et le dimensionnement des ouvertures de soufflage des cavités, indépendamment des ouvertures d'alimentation en sable.
  • On peut enfin, comme détaillé plus loin, choisir des cheminements du fluide chaud dans les noyaux depuis les ouvertures de soufflage complètement différents du cheminement du mélange sable + liant quand on remplit les cavités, notamment en choisissant des flux en sens inverse, ce qui accélère le séchage et facilite l'éjection des noyaux.
  • De préférence, les ouvertures de soufflage sont en connexion fluidique avec un caisson étanche d'alimentation en fluide. Le caisson est généralement relié lui-même de façon étanche à un générateur de fluide du type air chaud ou vapeur d'eau surchauffée, et l'arrivée de fluide à la température voulue et à la pression voulue dans le caisson peut être commandée par des moyens de pilotage appropriés.
  • Dans ce cas, selon un mode de réalisation, le caisson comprend une platine munie d'ouvertures en connexion fluidique avec les ouvertures de soufflage par des conduits. Ces conduits traversent ainsi, notamment, l'une des empreintes définissant les cavités, notamment l'empreinte inférieure.
  • Avantageusement, le dispositif comprend un système d'éjection des noyaux durcis, ledit système étant disposé du côté des ouvertures de soufflage et hors du caisson étanche. On peut ainsi dimensionner au plus juste le volume du caisson étanche, et éviter ou limiter au mieux les déperditions thermiques en limitant ainsi les composants présents dans le caisson étanche.
  • Selon un mode de réalisation préféré, ledit système d'éjection comprend des éjecteurs dont la base est hors du caisson étanche et qui traversent la platine du caisson étanche par des ouvertures pratiquées dans ladite platine. On a ainsi le maximum des composants appartenant au système d'éjection qui est bien hors du caisson : dans la configuration proposée, on dispose le caisson étanche entre le système d'éjection et les noyaux, et on vient faire traverser le caisson par les éjecteurs.
  • De préférence encore, les ouvertures pratiquées dans la platine pour les éjecteurs sont étanchéifiées : les éjecteurs peuvent donc être mus en translation notamment verticale, entre une position de repos et une position d'éjection, avec un coulissement du corps des éjecteurs dans les ouvertures de la platine du caisson sans remettre en cause l'étanchéité du caisson, ou de façon négligeable.
  • Si l'on avait incorporé le système d'éjection dans le caisson étanche, avec les bases des injecteurs et les mécanismes permettant la translation de ces injecteurs, on aurait ajouté une masse dans le caisson créant des déperditions thermiques, et on aurait un caisson de volume bine plus important et dont l'étanchéité aurait été bien plus complexe à assurer.
  • Avantageusement, les ouvertures de soufflage sont équipées de filtre(s). On évite ainsi que la présence de ces ouvertures ne vienne perturber le remplissage des cavités par le mélange sable + liant par les buses d'alimentation (le sable ne peut pas traverser ces filtres). On peut ainsi positionner plus facilement les zones d'injection de fluide de séchage dans les cavités sans impact négatif, sans défaut d'aspect supplémentaire sur le noyau et donc sur la pièce coulée finale. Ces filtres aident également à homogénéiser la circulation de fluide de séchage dans le noyau.
  • Les ouvertures de soufflage et les ouvertures d'alimentation peuvent être disposées relativement les uns par rapport aux autres dans les cavités de façon à ce que le sens d'introduction des matériaux pulvérulents dans lesdites cavités soit sensiblement opposé au sens d'introduction du fluide de séchage dans lesdites cavités.
  • De préférence, toutes les ouvertures de soufflage sont regroupées sur un bord de la cavité, et toutes les ouvertures d'alimentation sur un bord opposé. Concrètement, quand les cavités sont constituées par deux demi-moules, appelés aussi empreintes, les ouvertures d'alimentation peuvent être toutes du côté d'une des empreintes (la supérieure notamment) et les ouvertures de soufflage du côté de l'autre empreinte (l'inférieure notamment). Cette configuration autorise une circulation du sable dans la cavité substantiellement en sens inverse de la circulation du fluide de séchage, ultérieurement, dans le noyau en cours de constitution.
  • Les moyens de séchage peuvent comprendre des moyens d'évacuation du fluide hors des cavités par des ouvertures d'évacuation en connexion fluidique avec un caisson, éventuellement connecté à un système d'aspiration. Prévoir une aspiration permet en effet de faciliter et de mieux contrôler le cheminement du fluide de séchage dans le noyau poreux.
  • De préférence, les ouvertures d'évacuation sont en connexion fluidique avec un caisson étanche d'évacuation en fluide, le caisson d'évacuation comprenant de préférence une platine munie d'ouvertures en connexion fluidique avec les ouvertures d'évacuation par des conduits ou par des buses d'évacuation. Les buses d'évacuation montées sur une platine peuvent être placées au-dessus des ouvertures d'alimentation, en lieu et place des buses d'alimentation, lors de l'étape de soufflage.
  • De préférence, ces moyens d'évacuation sont équipés de filtres. Là encore, les filtres servent à contenir le mélange sable + liant dans la cavité, lors du remplissage de la cavité et tout au long de la formation du noyau.
  • De préférence encore, les moyens d'évacuation ont recours aux ouvertures d'alimentation des cavités et/ou à des ouvertures distinctes, de préférence munies de filtres.
  • Selon une variante, le dispositif selon l'invention peut présenter au moins deux systèmes d'éjection des noyaux durcis, dont notamment un système disposé du côté des ouvertures de soufflage et un système disposé du côté des ouvertures d'alimentation des cavités. En effet, de façon connue, on prévoit un système d'éjection des noyaux, généralement disposé du côté opposé de la boîte à noyaux au côté muni des buses d'alimentation en sable + liant. Selon l'invention, on peut prévoir que le système d'éjection soit plutôt du même côté, donc, selon le mode de réalisation préféré de l'invention, du côté opposé à celui des ouvertures de soufflage, ou cumuler les deux systèmes d'éjection, en ajoutant ce système d'éjection supplémentaire.
  • De préférence, les composés pulvérulents comprennent du sable et au moins un liant de type minéral. Avantageusement, ils ne contiennent que des liants de nature minérale, par exemple à base de silicate et/ou de phosphate. En effet, renoncer aux liants organiques permet de suivre les évolutions réglementaires dans le domaine de la fonderie.
  • Le fluide de séchage est de préférence de l'air (chaud et sec) ou de la vapeur d'eau surchauffée.
  • L'invention a également pour objet le procédé de mise en oeuvre du dispositif décrit précédemment, où l'on alimente en composé(s) pulvérulent(s) les cavités par des ouvertures d'alimentation, puis où l'on souffle un fluide dans les cavités pour sécher des noyaux en cours de constitution dans lesdites cavités par soufflage d'un fluide par des ouvertures, l'injection du fluide se faisant dans les cavités dans un sens opposé à l'injection des composés pulvérulents.
  • De façon conventionnelle, on a généralement l'alimentation en sable et liant au-dessus de la boîte à noyaux, avec les ouvertures d'alimentation disposées sur le bord supérieur des cavités. Selon l'invention, les ouvertures de soufflage sont plutôt disposées sur le bord inférieur des cavités, de façon à ce qu'on alimente la boîte à noyaux en sable et liant selon un sens globalement du haut vers le bas, et en ce qu'on souffle ensuite du fluide chaud selon un sens globalement opposé, du bas vers le haut.
  • Selon un mode de réalisation, on évacue le fluide de séchage hors des cavités avec aspiration à travers des ouvertures pratiquées dans lesdites cavités. On force alors l'évacuation du fluide hors des cavités, ce qui permet d'accélérer et de mieux guider son cheminement dans le noyau poreux.
  • L'invention a également pour objet l'application du dispositif et/ou du procédé décrits plus haut pour l'obtention de noyaux de fonderie dépourvus de liant organique.
  • L'invention a également pour objet l'application du dispositif et/ou du procédé décrits plus haut pour l'obtention de noyaux de fonderie correspondant à des portions de pièces de moteurs thermiques, notamment des portions de culasse, et par exemple des chambres à eau de culasses de moteur thermique, et toute autre pièce de fonderie, notamment destinées à l'industrie automobile, dont la géométrie doit être très précise et reproductible et dont la qualité de surface doit être élevée.
  • L'invention concerne également les noyaux obtenus par le dispositif précédemment décrit, ces noyaux étant substantiellement dépourvus de composants organiques.
  • L'invention a également pour objet un procédé de fonderie par coulée gravité de pièces de fonderie, qui utilise ces noyaux.
  • D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures très schématiques suivantes :
    • les figures 1 à 6 représentent dans son ensemble, en coupe verticale, un exemple de dispositif de noyautage selon l'état de l'art existant, la figure 1 étant une vue d'ensemble avec la boite à noyaux ouvertes, les figures 2 à 6 présentant le dispositif à différentes étapes de la production des noyaux ;
    • la figure 7 est une vue en coupe verticale d'un dispositif de noyautage modifié selon une première variante de l'invention;
    • la figure 8 est un agrandissement de la platine d'injection d'air chaud du dispositif de noyautage de la figure 7 ;
    • la figure 9 est une vue en coupe verticale d'un dispositif de noyautage modifié selon une deuxième variante de l'invention.
  • Ces figures sont très simplifiées, les éléments représentés ne sont donc pas nécessairement à l'échelle les uns par rapport à l'autre ou d'une figure à l'autre. Chaque référence conserve la même signification d'une figure à l'autre. La représentation des outillages se fait dans leur configuration habituelle d'utilisation, et c'est dans ce sens qu'il faut comprendre les références spatiales du type « supérieur », « inférieur », « haut » ou « bas » ... (ainsi que dans tout le présent texte).
  • Les figures 1 à 6 sont donc des vues en coupe verticale d'un dispositif 1 de noyautage selon l'état de l'art existant, et dont tous les composés et le mode de fonctionnement ne seront donc pas détaillés, à différents stades de la fabrication des noyaux. Elles permettent d'illustrer le principe de la fabrication de noyaux de fonderie, sans que l'invention se limite nécessairement à ce dispositif précis.
  • Ce dispositif 1 comprend donc schématiquement une partie 2 dite « ensemble tête de tir » alimentée en mélange pulvérulent de sable et de liant par un conduit (non représenté) dans lequel débouche une trémie (non représentée). Le dispositif comprend aussi une partie 3 dite « boîte à noyaux », une partie dite « ensemble de séchage 4 (figure 4) et une partie dite « système d'éjection » 5.
  • La boîte à noyaux 3 est montée mobile selon un axe vertical X et selon un axe horizontal Z. L'ensemble de séchage 4 et l'ensemble tête de tir 2 sont montés mobiles selon un axe horizontal Y. La boîte à noyaux 3 comprend une empreinte inférieure 31 chauffée, une empreinte supérieure 32 chauffée, des fourches (non représentées), et des cavités 34 définies conjointement par les empreintes 31 et 32 pour définir les formes et dimensions des noyaux à fabriquer.
  • La tête de tir 2 comprend une platine d'injection 21 qui se trouve en partie inférieure du caisson contenant le mélange de sable et de liant S, et qui est munie d'ouvertures en connexion avec des buses d'injection 22 destinés à alimenter les cavités 8 par des canaux 33 pratiqués dans l'empreinte supérieure 7.
  • Le système de séchage 4 (figure 4) comprend une cloche d'injection 41, avec un point d'injection 42 relié à une source de fluide chaud du type air chaud sec (non représentée). La cloche d'injection 42 est apte à injecter ce fluide chaud dans les cavités 8 via les canaux d'alimentation 33. Des filtres 35 sur des ouvertures des cavités dans l'empreinte inférieure, permettent d'évacuer le fluide de séchage en retenant le sable dans la cavité.
  • Le système d'éjection 5 comprend des éjecteurs 51 fixés sur une platine d'éjection mobile 52 disposée sous l'empreinte inférieure 32.
  • La figure 1 est une représentation générale du dispositif de noyautage avec la boite à noyaux ouverte, au démarrage de la fabrication : les deux empreintes 31 et 32 ne sont pas en contact l'une avec l'autre, les buses d'alimentation 22 en mélange ne sont pas en connexion avec les canaux 33 de l'empreinte supérieure 31.
  • La figure 2 représente la boîte à noyaux 3 fermée, en position d'injection dans les cavités fermées 34 du mélange sable + liant par les buses 22 puis les canaux 33 débouchant dans des ouvertures disposées dans l'empreinte supérieure 31 des cavités 34.
  • La figure 3 représente la boîte à noyaux 3 toujours fermée, avec les cavités 34 en cours de remplissage : c'est l'étape d'injection du mélange S sous pression.
  • La figure 4 représente l'étape de retrait de la tête de tir et la mise en place du système de séchage 4 au-dessus de l'empreinte supérieure 31. Le fluide chaud sous pression est guidé depuis l'emplacement où étaient les buses d'alimentation 22 par les canaux 33 jusque dans les cavités 34 pour traverser les noyaux N. il est ensuite évacué à travers les filtres 35 disposés par des ouvertures pratiquées dans l'empreinte inférieure 32. Les flux préférentiels d'écoulement du fluide chaud, symbolisés par des flèches f1 à la figure 4, sont donc liés à l'implantation des buses d'injection 22.
  • La figure 5 représente l'étape d'arrêt du soufflage du fluide chaud et l'ouverture de la boite à noyaux 3, lorsque le noyau est suffisamment durci pour être éjecté et manipulé : les noyaux reposent sur l'empreinte inférieure 32.
  • La figure 6 représente l'étape d'éjection des noyaux N, par le système d'éjection 5, par une poussée verticale vers le haut des noyaux par les éjecteurs 55 supportés par la platine mobile 52 en translation verticale.
  • La figure 7 représente selon l'invention une alternative pour procéder au séchage des noyaux N: toutes choses égales par ailleurs, on vient inverser le flux de circulation du fluide chaud, comme représenté par les flèches f2, en modifiant le système de séchage 4', 4" : l'alimentation en fluide chaud se fait par le système 4', et son évacuation par le système 4". On ajoute sous l'empreinte inférieure 32 une platine mobile 41' définissant un caisson étanche 42' alimenté par une source de fluide chaud. On exploite au-dessus de l'empreinte supérieure 31 une cloche étanche 42" définie par une platine 41" présentant une étanchéité périphérique 43". La figure 8 est un agrandissement de la platine 41" et sera décrite avec la figure 7.
  • L'injection de fluide se fait donc par le caisson 42' en connexion fluidique avec les canaux 36 ménagés dans l'empreinte inférieure et débouchant dans les cavités 34 par des ouvertures munies de filtres 35, par en bas donc. La platine 41' étant traversée par les éjecteurs 51 par des ouvertures appropriées, on peut munir ces ouvertures de moyens d'étanchéité périphériques 52 de façon à garantir l'étanchéité du caisson 42' dans ces zones.
  • Le fluide chaud remonte ensuite en traversant les noyaux N, par les ouvertures de la platine 42" munies de buses d'évacuation 43" équipées de tétines 44" dont la section de sortie est munie optionnellement d'un filtre 45". Cette platine 42" associée à la platine 41" définit un caisson étanche. Les buses 43" ne sont donc pas au sens propre des buses d'injection, mais des buses servant à capter et évacuer le fluide chaud en partie haute vers le caisson 42", leurs filtres 45" garantissant, si besoin est, la rétention du sable et du liant dans les cavités 34.
  • La figure 9 est une variante de la figure 7 : toutes choses égales par ailleurs, on vient ajouter au système d'injection inférieur 5 un système d'injection supérieur 5' monté mobile en translation verticale, et comprenant des éjecteurs 51' montés sur une platine mobile 52', et qui traversent la platine 42". On peut prévoir des moyens d'étanchéité (non représentés) pour maintenir l'étanchéité du caisson d'évacuation dans les zones traversées par ces éjecteurs supplémentaires.
  • Il est possible qu'un ou certains de ces injecteurs supplémentaires viennent traverser aussi le corps des buses 43" et leurs filtres comme représenté à la figure. On voit aussi qu'on peut prévoir aussi, outre les buses 43" (ou à leur place) de simples canaux 46" dans l'empreinte supérieure 31, éventuellement munis de filtres 35 dans les ouvertures des cavités 34 dans lesquelles ils débouchent, et qui sont en connexion fluidique avec le caisson d'évacuation par un perçage 47" correspondant de la platine 43".
  • A noter que pour les deux variantes, on peut prévoir au niveau de l'ouverture d'évacuation du caisson supérieur défini par les platines 41 " et 42" une aspiration facilitant et accélérant l'évacuation du fluide chaud.
  • L'invention fait donc circuler le fluide de séchage en sens inverse de l'injection du mélange sable + liant. L'injection du fluide se fait dans l'exemple de l'invention par des conduits dans l'empreinte débouchant dans les cavités par des ouvertures équipées de filtres. Ainsi, - on ne perturbe pas l'étape de remplissage des cavités par injection du sable, - on positionne facilement les zones d'injection de fluide de séchage sans impact négatif sur la qualité d'aspect du noyau, donc de la pièce coulée, - on améliore l'homogénéité de circulation du fluide de séchage à travers tout le noyau poreux.
  • Les avantages liés à l'invention sont significatifs. Ainsi, on a observé un gain de temps dans l'opération de séchage qui peut atteindre jusqu'à 40% du temps habituel : le noyau acquiert plus vite les caractéristiques mécaniques suffisantes pour supporter l'étape suivante d'éjection sans dommages, et ceci, d'autant plus que l'on injecte le fluide chaud depuis l'empreinte inférieure, donc qu'on met en contact le fluide chaud d'abord avec la partie inférieure du noyau dans la cavité, celle qui est soumise le plus directement à la poussée des éjecteurs.
  • Avec l'invention, on peut donc passer des liants organiques à des liants minéraux sans préjudice sur l'opération de séchage des noyaux.
  • On obtient également un gain sur la qualité du séchage du noyau, avec une meilleure déshydratation de celui-ci, donc un durcissement plus uniforme conduisant à l'obtention d'un noyau plus solide, plus résistant globalement. Le noyau voit aussi sa capacité au stockage augmenter, par une plus grande pérennité de ses propriétés mécaniques.
  • En outre, le séchage peut démarrer plus tôt, car il n'est plus nécessaire d'attendre le retrait de la platine d'injection du sable et la mise en place de la cloche d'injection du fluide de séchage : le séchage peut commencer dès que la platine d'injection du sable est retirée. En injectant le fluide chaud ave de préférence une mise en pression progressive de celui-ci, on peut donc sécher plus tôt sans risque de souffler le sable hors des cavités.
  • Les filtres positionnés aussi bien dans les ouvertures de soufflage du fluide chaud que dans les ouvertures d'évacuation de celui-ci garantissent non seulement la rétention du sable dans la cavité mais aussi l'absence ou la quasi-absence de traces de ces ouvertures sur le noyau et donc sur la pièce coulée qui en résulte (ce qui n'est pas toujours le cas des buses d'injection de sable). On note même que l'ajout de filtres dans les ouvertures des conduits d'évacuation (qui peuvent être les mêmes que les conduits dans lesquelles débouchent les buses d'injection de sable en position d'injection) permet d'aplanir les défauts d'aspect créés lors de l'injection de sable.
  • A noter également que l'on peut ajuster au mieux le soufflage du fluide de séchage en réglant la pression de soufflage, qui peut être constante ou progressive, et qu'une aspiration dans la zone d'évacuation permet également un ajustement tout au long du séchage.

Claims (12)

  1. Dispositif (1) de noyautage pour fonderie par gravité, ledit dispositif de noyautage comportant : - des moyens de constitution des noyaux comprenant des outillages définissant des cavités de moulage (34), - des moyens d'alimentation en composé(s) pulvérulent(s) desdites cavités par des ouvertures d'alimentation, et - des moyens de séchage des noyaux en cours de constitution dans lesdites cavités (34) par soufflage d'un fluide par des ouvertures de soufflage, caractérisé en ce que les ouvertures de soufflage sont distinctes des ouvertures d'alimentation, en ce que les ouvertures de soufflage sont en connexion fluidique avec un caisson étanche (42') d'alimentation en fluide.
  2. Dispositif (1) de noyautage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le caisson (42') comprend une platine (41') munie d'ouvertures en connexion fluidique avec les ouvertures de soufflage par des conduits.
  3. Dispositif (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend un système d'éjection (5) des noyaux (N) durcis, ledit système étant disposé du côté des ouvertures de soufflage et hors du caisson étanche (42').
  4. Dispositif (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit système d'éjection (5) comprend des éjecteurs (51) dont la base est hors du caisson étanche (42') et qui traversent la platine (41') par des ouvertures pratiquées dans ladite platine (41').
  5. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les ouvertures pratiquées dans la platine (41') pour les éjecteurs sont étanchéifiées.
  6. Dispositif (1) de noyautage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les ouvertures de soufflage sont équipées de filtre(s) (35).
  7. Dispositif (1) de noyautage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les ouvertures de soufflage et les ouvertures d'alimentation sont disposées relativement les uns par rapport aux autres dans les cavités de façon à ce que le sens d'introduction des matériaux pulvérulents (S) dans lesdites cavités (34) soit sensiblement opposé au sens d'introduction du fluide de séchage dans lesdites cavités.
  8. Dispositif (1) de noyautage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que toutes les ouvertures de soufflage sont regroupées sur un bord de la cavité (34), et toutes les ouvertures d'alimentation sur un bord opposé.
  9. Dispositif (1) de noyautage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de séchage comprennent des moyens d'évacuation du fluide hors des cavités par des ouvertures d'évacuation en connexion fluidique avec un caisson (4"), éventuellement connecté à un système d'aspiration.
  10. Dispositif (1) de noyautage selon la revendication 9, caractérisé en ce les ouvertures d'évacuation sont aussi les ouvertures d'alimentation des cavités (34) et/ou sont des ouvertures distinctes, de préférence munies de filtres (35).
  11. Dispositif (1) de noyautage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente au moins deux systèmes d'éjection des noyaux (N) durcis, dont notamment un système (5) disposé du côté des ouvertures de soufflage et un système (5') disposé du côté des ouvertures d'alimentation des cavités (34).
  12. Procédé de mise en oeuvre du dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on alimente en composé(s) pulvérulent(s) les cavités (34) par des ouvertures d'alimentation, puis en ce qu'on souffle un fluide dans les cavités (34) pour sécher des noyaux (N) en cours de constitution dans lesdites cavités par soufflage d'un fluide par des ouvertures, l'injection du fluide se faisant dans les cavités dans un sens opposé à l'injection des composés pulvérulents.
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