EP3184201B1 - Dispositif de noyautage pour fonderie par gravité - Google Patents

Dispositif de noyautage pour fonderie par gravité Download PDF

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EP3184201B1
EP3184201B1 EP16200006.1A EP16200006A EP3184201B1 EP 3184201 B1 EP3184201 B1 EP 3184201B1 EP 16200006 A EP16200006 A EP 16200006A EP 3184201 B1 EP3184201 B1 EP 3184201B1
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EP
European Patent Office
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openings
cavities
fluid
blowing
core
Prior art date
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EP16200006.1A
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EP3184201A2 (fr
EP3184201A3 (fr
Inventor
Stephane Lhote
Karl Schmitt
Jean Pierre Delan
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PSA Automobiles SA
Original Assignee
PSA Automobiles SA
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Publication date
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Publication of EP3184201A3 publication Critical patent/EP3184201A3/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 allows metal parts to be molded.
  • Gravity casting knows several implementation variants, including, for example, the so-called shell gravity casting, in source, tilted or low pressure, the invention being interested in all these variants.
  • the invention relates more particularly to so-called core-making 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 other, ...) which make it possible to make the interior recesses of the part to be made. mold, or undercut areas thereof.
  • a core-making device device as a foundry technique is for example described in the document US 2003/0173049 A1 .
  • These core-making devices generally consist of three large parts, movable relative to each other.
  • the firing head which has an enclosure which receives the sand at the top or, more generally the sand associated with components of the organic or mineral binder type, for example.
  • binders in pulverulent form, coming from a hopper, and which distributes this pulverulent mixture through at least one plate pierced with openings called a "firing plate” by distribution nozzles called pressure nozzles. shoot.
  • the part “drying (by a gas)" which allows, once the cavities of the core box filled with the pulverulent mixture, to harden it, to so that the core box can ultimately eject hardened / compacted and manipulable cores from its cavities into the molds.
  • This hardening takes place by heating the pulverulent mixture, which causes its dehydration and the hardening of the binder, for example by crosslinking when the binder is of organic type, thus ensuring the coherence of the cores.
  • this hardening by heating is carried out by diffusion, at the heart, in the pulverulent mixture of hot and dry air under pressure: after having supplied the cavities with a sand / binder mixture through openings made in the cavities, we just blow hot air through these same openings in the cavities on the cores being formed.
  • the aim of the invention is therefore to improve the core-making devices, and more particularly, to improve the way of operating the hardening of the cores, in particular in order to remedy the drawbacks mentioned above.
  • the subject of the invention is then a core-forming device for gravity foundry, said core-forming device comprising: - means for constituting the cores comprising tools defining molding cavities, - means for supplying powdered compound (s) (S) of said cavities by supply openings, and - means for drying the cores being formed in said cavities by blowing a fluid through blowing openings, such that the blowing openings are distinct from the openings of 'food.
  • the invention therefore proposes to differentiate the sand supply openings and binder openings for blowing hot air (fluid), which opens up completely new possibilities for drying the cores.
  • the drying of the cores is obtained by the combination of the temperature of the metal tooling (“peripheral” hardening) and the circulation of a hot fluid under pressure which passes through the porous core (“through” hardening): the hot tooling and the hot fluid vaporize and evacuate the water contained in the binder.
  • This dehydration of the binder contained in the core causes it to harden and makes it possible to obtain a core (sand + binder) that is hard and easy to handle.
  • Dehydration can be obtained by two physical phenomena, namely the phase change from liquid water to water vapor, the water vapor being evacuated by the circulation of gas, and, in the case of air as a fluid drying, moisture absorption in dry air.
  • the drying fluid is introduced through the same orifice which makes it possible to inject, firstly, sand into the metal tooling and then the hot drying fluid. It is evacuated through openings equipped with filters made in the tooling in the part opposite the tool to the part where it is injected, the filters (for example of the metallic type with lamellae) allowing a fluid to pass but not the sand. But the dehydration of a nucleus is a long manufacturing step to carry out, if we compare it with other core-making technologies (of the phenolic cold box type, etc.).
  • Core-making processes which implement core hardening by drying the binder, thus generally have a very long cycle time compared to other processes, the cycle time being directly related to the process's ability to remove water. contained in the nucleus. Managing the flow of hot fluid which passes through and dries up the core is therefore very important in obtaining a short cycle time.
  • the invention by choosing in the cavities the openings for supplying sand and binding different openings for the blowing of drying fluid, makes it possible to separately improve the injection of sand and that of fluid, by freeing themselves from the associated constraints. at the step of filling the cavities with the sand: it is finally possible to improve the way of blowing the drying fluid through the core without risking at the same time degrading the way of injecting the sand + binder mixture. It is thus, in particular, possible to use blowing means sized appropriately for a hot fluid, it is also possible to freely choose the distribution and the dimensioning of the blowing openings of the cavities, independently of the sand supply openings.
  • the blowing openings are in fluid connection with a sealed fluid supply box.
  • the box is usually connected itself in a sealed manner to a fluid generator of the hot air or superheated water vapor type, and the arrival of fluid at the desired temperature and at the desired pressure in the box can be controlled by appropriate control means.
  • the casing comprises a plate provided with openings in fluid connection with the blowing openings via ducts. These conduits thus pass, in particular, through one of the indentations defining the cavities, in particular the lower indentation.
  • the device comprises a system for ejecting the hardened cores, said system being placed on the side of the blast openings and outside the sealed box. It is thus possible to dimension the volume of the sealed box as accurately as possible, and to avoid or limit as much as possible the heat losses by thus limiting the components present in the sealed box.
  • said ejection system comprises ejectors the base of which is outside the sealed casing and which pass through the plate of the sealed casing via openings made in said plate.
  • the openings made in the plate for the ejectors are sealed: the ejectors can therefore be moved in translation, in particular vertical, between a rest position and an ejection position, with a sliding of the body of the ejectors in the openings of the housing plate without compromising the sealing of the housing, or in a negligible way.
  • the blowing openings are equipped with filter (s). This prevents the presence of these openings from disturbing the filling of the cavities with the sand + binder mixture through the feed nozzles (the sand cannot pass through these filters).
  • the drying fluid injection zones can thus be positioned more easily in the cavities without negative impact, without additional appearance defect on the core and therefore on the final casting.
  • These filters also help to homogenize the circulation of drying fluid in the core.
  • the blowing openings and the supply openings may be arranged relatively to each other in the cavities so that the direction of introduction of the pulverulent materials into said cavities is substantially opposite to the direction of introduction of the fluid from drying in said cavities.
  • all of the blow openings are grouped together on one edge of the cavity, and all of the supply openings on an opposite edge.
  • the supply openings can all be on the side of one of the cavities (the upper one in particular) and the blow openings on the side of the other cavity (the lower one in particular). This configuration allows the sand to circulate in the cavity substantially in the opposite direction to the circulation of the drying fluid, subsequently, in the core being formed.
  • the drying means may comprise means for discharging the fluid from the cavities through discharge openings in fluid connection with a box, optionally connected to a suction system. Providing a suction makes it possible to facilitate and better control the path of the drying fluid in the porous core.
  • the discharge openings are in fluid connection with a sealed fluid discharge box, the discharge box preferably comprising a plate provided with openings in fluid connection with the discharge openings by conduits or by exhaust nozzles.
  • Exhaust nozzles mounted on a plate can be placed above the feed openings, instead of the feed nozzles, during the blowing step.
  • these discharge 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 have recourse to the supply openings of the cavities and / or to separate openings, preferably provided with filters.
  • the device according to the invention may have at least two systems for ejecting the hardened cores, including in particular a system arranged on the side of the blowing openings and a system arranged on the side of the supply openings of the cavities.
  • a core ejection system is provided, generally disposed on the side opposite the core box to the side provided with the sand + binder supply nozzles.
  • the pulverulent compounds comprise sand and at least one binder of mineral type.
  • they only contain binders of a mineral nature, for example based on silicate and / or phosphate. Indeed, renouncing organic binders makes it possible to follow regulatory developments in the foundry sector.
  • the drying fluid is preferably air (hot and dry) or superheated water vapor.
  • the subject of the invention is also the method for implementing the device described above, where the cavities are fed with powdered compound (s) through feed openings, then where a fluid is blown into the cavities for drying cores being formed in said cavities by blowing a fluid through openings, the injection of the fluid taking place in the cavities in a direction opposite to the injection of the pulverulent compounds.
  • the sand and binder feed is generally provided 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 core box is fed with sand and binder in a direction generally from top to bottom, and in that hot fluid is then blown in a generally opposite direction, from the bottom to the top.
  • the drying fluid is evacuated from the cavities with suction through openings made in said cavities.
  • the fluid is then forced to be evacuated from the cavities, which makes it possible to accelerate and better guide its path in the porous core.
  • the subject of the invention is also the application of the device and / or the process described above for obtaining foundry cores devoid of organic binder.
  • the subject of the invention is also the application of the device and / or of the method described above for obtaining foundry cores corresponding to portions of heat engine parts, in particular portions of the cylinder head, and for example of chambers. water from thermal engine cylinder heads, and any other foundry part, in particular intended for the automotive industry, the geometry of which must be very precise and reproducible and the surface quality of which must be high.
  • the invention also relates to the cores obtained by the device described above, these cores being substantially devoid of organic components.
  • the subject of the invention is also a method of foundry by gravity casting of castings, which uses these cores.
  • FIGS. 1 to 6 are therefore views in vertical section of a core-making device 1 according to the existing state of the art, and of which all the compounds and the mode of operation will not therefore be detailed, at different stages in the manufacture of the cores. They make it possible to illustrate the principle of the manufacture of foundry cores, without the invention necessarily being limited to this precise device.
  • This device 1 therefore schematically comprises a part 2 called “firing head assembly” supplied with a pulverulent mixture of sand and binder via a duct (not shown) into which a hopper (not shown) opens.
  • the device also comprises a part 3 called “core box”, a part called “drying assembly” 4 ( figure 4 ) and a part called the “ejection system” 5.
  • the core box 3 is mounted to move along a vertical axis X and along a horizontal axis Z.
  • the drying assembly 4 and the firing head assembly 2 are mounted to move along a horizontal axis Y.
  • the core box 3 comprises a heated lower cavity 31, a heated upper cavity 32, forks (not shown), and cavities 34 jointly defined by cavities 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 source of hot fluid of the hot dry air type (not shown).
  • the injection bell 42 is able to inject this hot fluid into the cavities 8 via the supply channels 33. Filters 35 on the openings of the cavities in the lower cavity, allow the drying fluid to be discharged by retaining the. sand in the cavity.
  • the ejection system 5 comprises ejectors 51 fixed on a movable ejection plate 52 placed under the lower cavity 32.
  • the figure 1 is a general representation of the core-making device with the core box open, at the start of production: the two cavities 31 and 32 are not in contact with each other, the mixture feed nozzles 22 are not not in connection with the channels 33 of the upper cavity 31.
  • the figure 2 shows the closed core box 3, in the position of injection into the closed cavities 34 of the sand + binder mixture via the nozzles 22 then the channels 33 opening into openings arranged in the upper cavity 31 of the cavities 34.
  • the figure 3 represents the core box 3 still closed, with the cavities 34 being filled: this is the step of injecting the mixture S under pressure.
  • the figure 4 shows the step of removing the firing head and placing the drying system 4 above the upper cavity 31.
  • the hot pressurized fluid is guided from where the supply nozzles 22 were. through the channels 33 into the cavities 34 to pass through the N cores. it is then discharged through the filters 35 arranged through openings made in the lower cavity 32.
  • the preferential hot fluid flow flows, symbolized by arrows f 1 at the figure 4 are therefore linked to the location 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 hard enough to be ejected and handled: 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 upwards of the cores by the ejectors 55 supported by the movable plate 52 in vertical translation.
  • the figure 7 represents according to the invention an alternative for drying the N cores: all other things being equal, the hot fluid circulation flow is reversed, as represented by the arrows f 2 , by modifying the drying system 4 ', 4 ": the hot fluid is supplied via system 4 ', and its evacuation via system 4".
  • a movable plate 41 'defining a sealed box 42' supplied by a source of hot fluid is added under the lower cavity 32.
  • a sealed bell 42 "defined by a plate 41" having a peripheral seal is used above the upper cavity 31.
  • the figure 8 is an enlargement of plate 41 "and will be described with the figure 7 .
  • Fluid injection is therefore carried out via the box 42 'in fluid connection with the channels 36 formed in the lower cavity and opening into the cavities 34 via openings provided with filters 35, therefore from below.
  • the hot fluid then rises by passing through the cores N, through the openings of the plate 42 "provided with discharge nozzles 43" equipped with nipples 44 ", the outlet section of which is optionally provided with a filter 45".
  • This plate 42 "associated with the plate 41” defines a sealed casing.
  • the nozzles 43 are therefore not in the proper sense of the injection nozzles, but nozzles serving to capture and evacuate the hot fluid in the upper part towards the box 42", their filters 45 "guaranteeing, if necessary, the retention of the fluid. sand and binder in the cavities 34.
  • the figure 9 is a variant of figure 7 : all other things being equal, we add to the lower injection system 5 an upper injection system 5 'mounted mobile in vertical translation, and comprising ejectors 51' mounted on a mobile plate 52 ', and which pass through the plate 42 ". Sealing means (not shown) can be provided to maintain the leaktightness of the discharge box in the zones crossed by these additional ejectors.
  • the invention therefore circulates the drying fluid in the opposite direction to the injection of the sand + binder mixture.
  • the fluid is injected through conduits in the cavity opening into the cavities through openings equipped with filters.
  • the advantages linked to the invention are significant.
  • a saving of time has been observed in the drying operation which can reach up to 40% of the usual time: the core quickly acquires sufficient mechanical characteristics to withstand the following ejection step without damage, and this , all the more so as the hot fluid is injected from the lower cavity, so that the hot fluid is first put in contact with the lower part of the core in the cavity, that which is most directly subjected to the thrust of the ejectors.
  • a gain is also obtained in the quality of drying of the core, with better dehydration of the latter, therefore more uniform hardening leading to the production of a more solid core, more resistant overall.
  • the core also sees its storage capacity increase, through greater durability of its mechanical properties.
  • drying can start earlier, because it is no longer necessary to wait for the removal of the sand injection plate and the installation of the drying fluid injection bell: drying can begin as soon as the sand injection plate is removed.
  • the filters positioned both in the hot fluid blowing openings and in the discharge openings of the latter ensure not only the retention of the sand in the cavity but also the absence or almost absence of traces of these openings on the core and therefore on the resulting casting (which is not always the case with sand injection nozzles).
  • the addition of filters in the openings of the discharge ducts (which may be the same as the ducts into which the sand injection nozzles open in the injection position) makes it possible to level out the appearance defects created during sand injection.
  • blowing pressure which can be constant or gradual
  • suction in the evacuation zone also allows an adjustment throughout the drying.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Casting Devices For Molds (AREA)
  • Mold Materials And Core Materials (AREA)
  • General Preparation And Processing Of Foods (AREA)

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 œuvre, 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.
  • Un dispositif de dispositif de noyautage comme technique de fonderie est par exemple décrit dans le document US 2003/0173049 A1 .
  • 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 cœur, 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 cœur ») : 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 œuvre 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 bien 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 œuvre 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'évacuation 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. 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.
  • 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 (11)

  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 qui sont distinctes des ouvertures d'alimentation, les ouvertures de soufflage étant en connexion fluidique avec un caisson étanche (42') d'alimentation en fluide, 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').
  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 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').
  4. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les ouvertures pratiquées dans la platine (41') pour les éjecteurs sont étanchéifiées.
  5. Dispositif (1) de noyautage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les ouvertures de soufflage sont équipées de filtre(s) (35).
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. Dispositif (1) de noyautage selon la revendication 9, caractérisé en ce que 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).
  10. 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).
  11. Procédé de mise en œuvre 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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