FR2597770A1 - DEVICE FOR MOLDING THIN PIECES AND LARGE DIMENSIONS OF ALUMINUM ALLOYS - Google Patents
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Abstract
LA PRESENTE INVENTION EST RELATIVE A UN DISPOSITIF DE MOULAGE DE PIECES MINCES ET DE GRANDES DIMENSIONS EN ALLIAGES D'ALUMINIUM. CE DISPOSITIF COMPORTANT UN MOULE SOLIDAIRE D'UNE ENCEINTE DANS LAQUELLE EST CREEE UNE DEPRESSION, EST CARACTERISE EN CE QUE LE MOULE EST CONSTITUE PAR UN MATERIAU UTILISE DANS LE MOULAGE SOUS PRESSION ATMOSPHERIQUE ET QU'IL EST PERCE A L'INTERIEUR SUR UNE FRACTION AU MOINS DE SON EPAISSEUR DE TROUS DANS LESQUELS SONT EMMANCHES DES BOUCHONS POREUX. L'INVENTION EST APPLICABLE A L'OBTENTION DE PIECES TELLES QUE, PAR EXEMPLE, DES PANNEAUX DE FACADE, DES SUPPORTS DE MOTEUR ET AUTRES PIECES REALISEES JUSQU'A PRESENT EN TOLES D'ACIER MECANOSOUDEES.THE PRESENT INVENTION RELATES TO A MOLDING DEVICE FOR THIN AND LARGE-DIMENSIONAL PARTS IN ALUMINUM ALLOYS. THIS DEVICE INCLUDING A MOLD SOLID WITH AN ENCLOSURE IN WHICH A DEPRESSION IS CREATED, IS CHARACTERIZED IN THAT THE MOLD IS CONSTITUTED BY A MATERIAL USED IN THE MOLDING UNDER ATMOSPHERIC PRESSURE AND THAT IT IS DRILLED INSIDE ON A FRACTION AT LESS THAN ITS THICKNESS OF HOLES IN WHICH POROUS PLUGS ARE HANDLED. THE INVENTION IS APPLICABLE TO THE OBTAINING OF PARTS SUCH AS, FOR EXAMPLE, FRONT PANELS, MOTOR MOUNTS AND OTHER PARTS MADE TO THE PRESENT IN MECHANOS-WELDED STEEL SHEETS.
Description
DISPOSITIF DE MOULAGE DE PIECES MINCES ET DE GRANDES DIMENSIONS ENDEVICE FOR MOLDING THIN PIECES AND LARGE DIMENSIONS
ALLIAGES D'ALUMINIUMALUMINUM ALLOYS
La présente invention est relative à un dispositif de moulage de pièces The present invention relates to a device for molding parts
minces et de grandes dimensions en alliages d'aluminium. thin and large aluminum alloys.
Actuellement, un certain nombre de pièces, telles que, par exemple, 5 les panneaux de façade ou les supports de moteurs, sont obtenus à partir Currently, a number of parts, such as, for example, facade panels or engine mounts, are obtained from
de tôles d'acier mécanosoudées.of mechanically welded steel sheets.
Dans un souci d'allègement des pièces, l'homme de l'art a été amené pour les réaliser à s'intéresser à d'autres métaux que l'acier et, 10 en particulier, aux alliages d'aluminium. For the sake of lightening the parts, those skilled in the art have been brought to realize them to be interested in other metals than steel and, in particular, to aluminum alloys.
Du fait que ces pièces ne sont généralement pas plates et peuvent présenter soit une section d'épaisseur variable et/ou des parties en relief telles que rebords, ailettes ou nervures,, leur mise en forme 15 ressort plus du point de vue économique des techniques de moulage que des techniques de transformation mécanique comme le laminage, le Since these parts are generally not flat and may have either a section of variable thickness and / or raised portions such as flanges, fins or ribs, their shaping is more economically viable. only mechanical transformation techniques such as rolling,
matriçage, l'emboutissage, etc...stamping, stamping, etc ...
Toutefois, le moulage de telles pièces, lorsqu'elles sont de grandes 20 dimensions et d'épaisseur faible (2 à 3 mm), pose des problèmes de "vent' liés au remplissage plus ou moins complet du moule par le métal liquide, notamment, lorsque le moulage s'effectue en moule permanent ou en sable However, the molding of such parts, when they are of large dimensions and of small thickness (2 to 3 mm), poses problems of "wind" related to the more or less complete filling of the mold by the liquid metal, in particular when the molding is carried out in a permanent mold or in sand
alimenté par gravité.powered by gravity.
Certes, des solutions ont déjà été proposées pour résoudre ce problème. Certainly, solutions have already been proposed to solve this problem.
C'est ainsi, par exemple, que le brevet français 1 178 083 enseigne: "l'utilisation d'un moule constitué par un matériau fritté et poreux placé dans une enceinte dans laquelle est créé un vide relatif ou comporte des canaux d'aspiration de telle sorte que le métal liquide 30 étant introduit dans le moule par simple gravité, la pression atmosphérique permette au métal d'épouser parfaitement le profil interne du moule au travers des pores duquel se dégage l'air qui emplissait préalablement ledit moule. Il est ainsi possible de réaliser sans difficulté des pièces reproduisant parfaitement le profil de l'empreinte 35 Thus, for example, the French patent 1,178,083 teaches: "the use of a mold consisting of a sintered and porous material placed in a chamber in which a relative vacuum is created or comprises suction channels so that the liquid metal 30 is introduced into the mold by simple gravity, the atmospheric pressure allows the metal to perfectly fit the inner profile of the mold through the pores which emerges the air that previously filled said mold. thus possible to achieve without difficulty parts reproducing perfectly the profile of the impression 35
du moule".of the mold ".
Toutefois, l'utilisation d'un moule dont la coquille est constituée dans sa totalité par un matériau fritté poreux s'accompagne de grandes 5 difficultés, en particulier dans le cas du moulage de pièces de taille importante et ce, quelle que soit la nature du matériau poreux mis However, the use of a mold whose shell is constituted in its entirety by a porous sintered material is accompanied by great difficulties, in particular in the case of molding large parts and this, whatever the nature porous material put
en oeuvre.implemented.
En effet, si ce matériau est un métal fritté, il est nécessaire pour 10 obtenir une precision dimensionnelle convenable des pièces, de procéder Indeed, if this material is a sintered metal, it is necessary to obtain a suitable dimensional accuracy of the pieces, to proceed
à un usinage du moule avant utilisation, ce qui a pour conséquence de provoquer un bouchage des pores et donc une mauvaise aspiration de l'air. En outre, un tel usinage ne permet pas de résoudre complètement ce problème de précision car, le plus souvent, ces métaux 15 frittés ont tendance à se déformer à chaud. to a machining of the mold before use, which has the effect of causing a clogging of the pores and thus a bad suction of the air. In addition, such machining does not completely solve this problem of precision because, most often, these sintered metals tend to deform hot.
Si le moule est en céramique poreuse, les difficultés résident alors If the mold is porous ceramic, the difficulties then lie
dans la mauvaise tenue aux chocs thermiques de ce type de matériau. in the poor resistance to thermal shocks of this type of material.
C'est pourquoi, la demanderesse, cherchant à éviter ces inconvénients, a trouvé un dispositif qui, dans le cadre du moulage en moule permanent, alimenté par gravité et solidaire d'une enceinte dans laquelle est créée une dépression est caractérisé en ce que ledit moule est constitué par un matériau utilisé dans le moulage sous pression atmosphérique 25 et qu'il est percé à l'intérieur et sur une fraction au moins de son épaisseur de trous dans lesquels sont emmanchés des bouchons en Therefore, the applicant, seeking to avoid these disadvantages, has found a device which, in the context of permanent mold molding, fed by gravity and secured to an enclosure in which a depression is created is characterized in that said mold is constituted by a material used in the atmospheric pressure molding and is pierced inside and on at least a fraction of its thickness of holes in which are plugged plugs
matériaux poreux.porous materials.
Ainsi l'invention utilise-t-elle la technique de moulage en moule 30 permanent, sous dépression, enseignée dans le brevet français 1 178 083 mais elle s'en différencie par deux caractéristiques essentielles: - d'une part, le moule n'est pas constitué par un matériau poreux mais, par un matériau classique utilisé dans les procédés de coulée en coquil35 le o il n'y a pas d'enceinte et o le moule fonctionne à la pression atmosphérique. Un tel matériau, qui peut être, par exemple, une fonte lamellaire perlitique, est d'un prix nettement plus bas que n'importe quel matériau poreux et en tout cas possède, outre une bonne résistance aux chocs thermiques, une excellente stabilité dimensionnelle à chaud; d'autre part, ce moule est percé à l'intérieur, c'est-à-dire du c8té 5 o il est en contact avec le métal moulé, de trous dont la longueur Thus the invention uses the technique of permanent mold molding, under vacuum, taught in the French patent 1,178,083 but it differs in two essential characteristics: - on the one hand, the mold n ' It is not constituted by a porous material but by a conventional material used in shell casting processes where there is no enclosure and the mold operates at atmospheric pressure. Such a material, which may be, for example, a pearlitic lamellar cast iron, is of a significantly lower price than any porous material and in any case possesses, in addition to good resistance to thermal shock, excellent dimensional stability to hot; on the other hand, this mold is pierced on the inside, that is to say on the side where it is in contact with the molded metal, with holes whose length
peut être égale ou, de préférence, inférieure à l'épaisseur du moule. may be equal or, preferably, less than the thickness of the mold.
Dans ces trous sont emmanchés des bouchons en matériau poreux qui peut être une céramique ou un métal fritté. De préférence, on utilise des bouchons en acier inoxydable fritté. Ces bouchons transmettent la 10 dépression dans l'enceinte en des points bien précis de l'intérieur In these holes are plugs of porous material which may be a ceramic or a sintered metal. Sintered stainless steel plugs are preferably used. These plugs transmit the depression into the enclosure at very specific points of the interior.
du moule.of the mold.
Dans le cas ou le bouchon n'occupe pas toute l'épaisseur du moule, il est relié à l'enceinte par le trou dans lequel il est emmanché ou 15 par un orifice percé derrière le bouchon poreux et qui communique avec l'enceinte en dépression, de manière à pouvoir transmettre également cette dépression. Cette dernière disposition permet de réduire la In the case where the plug does not occupy the entire thickness of the mold, it is connected to the enclosure by the hole in which it is fitted or by an orifice pierced behind the porous plug and which communicates with the enclosure in depression, so that it can also transmit this depression. This last provision makes it possible to reduce
quantité de matériau poreux.amount of porous material.
Ces bouchons ont de préférence un diamètre inférieur à 20 mm et présentent donc une surface de contact avec le métal coulé très réduite de sorte que les problèmes d'usinage posés par les moules entièrement These plugs preferably have a diameter of less than 20 mm and therefore have a very small contact surface with the cast metal, so that the machining problems posed by the molds entirely
poreux sont ici inexistants.porous are here nonexistent.
Ces trous sont disposés de préférence aux endroits du moule les plus éloignés du lieu d'alimentation car c'est là en général que l'évacuation de l'air s'effectue dans les plus mauvaises conditions. Quant à la quantité de trous nécessaires pour obtenir les meilleurs résultats, elle est évidemment fonction des dimensions du moule. Toutefois, on 30 a trouvé qu'une surface de trous au plus égale à 50 % de la surface These holes are preferably arranged in the mold locations farthest from the feeding place because it is usually that the evacuation of air is carried out in the worst conditions. As for the amount of holes needed to obtain the best results, it is obviously a function of the dimensions of the mold. However, it has been found that a hole area at most equal to 50% of the surface
de la pièce moulée convenait parfaitement. the molded part was perfect.
En ce qui concerne la dépression, elle est fonction des dimensions du moule, de la forme de la pièce, du nombre et de la disposition des 35 bouchons. La fourchette de valeurs utilisée est donc très large et With regard to the depression, it is a function of the dimensions of the mold, the shape of the part, the number and the arrangement of the plugs. The range of values used is therefore very wide and
comprise entre 1.105 Pa et 1.103 Pa. between 1.105 Pa and 1.103 Pa.
L'enceinte peut entourer complètement le moule ou au contraire former deux parties séparées en relation chacune avec l'une des demi-coquilles du moule de sorte qu'on peut alors, à volonté, créer la dépression The enclosure can completely surround the mold or on the contrary form two separate parts each in relation to one of the half-shells of the mold so that one can then, at will, create the depression
sur l'une ou l'autre ou sur les deux faces de la pièce moulée. on one or both sides of the molded part.
La aise sous dépression est généralement faite au moment o le moule est alimenté en métal mais, elle peut être décalée par rapport à ce Comfort under vacuum is usually done when the mold is fed with metal but, it can be shifted compared to this
moment et de préférence elle se fera peu après ce moment. moment and preferably it will be soon after this moment.
Le circuit de mise sous dépression d'un tel dispositif peut être asser10 vi à l'alimentation du moule au moyen d'appareils de contrôle et de The vacuum circuit of such a device can be asser10 vi vi the supply of the mold by means of control devices and
régulation connus par ailleurs.regulation known elsewhere.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la figure ci-jointe qui représente en coupe verticale un dispositif de moulage et un circuit The invention will be better understood with the aid of the attached figure which represents in vertical section a molding device and a circuit
de mise sous dépression.depression.
On y voit un moule (1) comprenant une demi-coquille inférieure (2) classique et une demi-coquille supérieure (3) qui conformément à l'invention présente des canaux poreux (4) traversant, dans le cas présent, toute l'épaisseur du moule. Ces demi-coquilles sont partiellement séparées l'une de l'autre par un intervalle (5) ou empreinte de forme ' correspondante à celle de la pièce à mouler. Cette empreinte est en relation avec un système d'alimentation en métal liquide composé d'un bassin de coulée (6) percé en son fond d'un orifice qui peut être éventuellement obturé par une quenouille (7) et qui est prolongé par une tuyauterie (8) traversant la demi-coquille supérieure jusqu'au niveau de l'empreinte et équipée d'une sonde (9) de détection de passage It shows a mold (1) comprising a conventional lower half-shell (2) and an upper half-shell (3) which according to the invention has porous channels (4) passing through, in this case, all the thickness of the mold. These half-shells are partially separated from each other by a gap (5) or imprint of shape 'corresponding to that of the piece to be molded. This impression is in connection with a liquid metal supply system consisting of a tundish (6) pierced at its bottom with an orifice which can be optionally closed by a stopper (7) and which is extended by piping (8) passing through the upper half-shell to the level of the impression and equipped with a passage detection probe (9)
du métal.metal.
On voit également sur cette figure le circuit de mise sous dépression comportant d'amont en aval une pompe à vide (10), un ballon (11) de grandes dimensions équipé d'un manomètre régulateur (12), une vanne manuelle (13), une électrovanne (14), une minuterie (15) réglable reliée à la sonde (9), une tuyauterie (16) en liaison avec l'enceinte -(17) qui dans le cas présent recouvre uniquement le dessus de la This FIG. Also shows the vacuum circuit comprising, from upstream to downstream, a vacuum pump (10), a large balloon (11) equipped with a regulator manometer (12), a manual valve (13). , a solenoid valve (14), a timer (15) adjustable connected to the probe (9), a pipe (16) in connection with the enclosure - (17) which in this case covers only the top of the
demi-coquille supérieure.upper half-shell.
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En fonctionnement, les deux coquilles du moule ayant été appliquées l'une contre l'autre, l'enceinte (17) est reliée au circuit de mise sous dépression dans lequel la vanne (13) est ouverte et l'électrovanne (14) fermée. La valeur de la dépression souhaitée est affichée sur 5 le manomètre régulateur (12) et la pompe (10) est mise en route. Puis, on règle l'index de la minuterie (15) sur le temps qui doit séparer le moment o la sonde (19) détecte l'arrivée de métal et le moment de la mise sous dépression de l'enceinte (17) et corrélativement de In operation, the two shells of the mold having been applied against each other, the enclosure (17) is connected to the vacuum circuit in which the valve (13) is open and the solenoid valve (14) closed . The desired vacuum value is displayed on the regulator pressure gauge (12) and the pump (10) is turned on. Then, the index of the timer (15) is adjusted to the time that must separate the moment when the probe (19) detects the arrival of metal and the moment of the depression of the enclosure (17) and correlatively of
l'empreinte (5).the impression (5).
Le métal est alors versé dans le bassin (6) et la quenouille (7) soulevée; l'arrivée du métal dans le canal (8) est détectée par la sonde (9) et le signal transmis à la minuterie (15). Le temps affiché sur la minuterie (15) étant écoulé, l'électrovanne (14) s'ouvre. L'air 15 contenu dans l'enceinte (17), les canaux (9) et l'empreinte (5) s'échappe alors par la tuyauterie (16) et le métal remplit alors The metal is then poured into the basin (6) and the stopper (7) raised; the arrival of the metal in the channel (8) is detected by the probe (9) and the signal transmitted to the timer (15). The time displayed on the timer (15) having elapsed, the solenoid valve (14) opens. The air 15 contained in the enclosure (17), the channels (9) and the cavity (5) then escapes through the pipe (16) and the metal then fills
progressivement l'empreinte jusque dans ses moindres recoins. progressively the footprint into its smallest recesses.
La minuterie (15) peut éventuellement comporter un deuxième index qui 20 commandera la fermeture de l'électrovanne (14) après un temps souhaité The timer (15) may optionally include a second index which will control the closing of the solenoid valve (14) after a desired time
d'application de la dépression.of application of depression.
Après solidification de la pièce, le moule est ouvert, la pièce est extraite et l'installation prête pour une nouvelle coulée. 25 Ce dispositif est applicable à une pièce moulée horizontalement mais After solidification of the part, the mold is opened, the part is extracted and the installation ready for a new casting. This device is applicable to a molded part horizontally but
il est évident qu'il est transposable à une pièce coulée verticalement. it is obvious that it is transposable to a casting vertically.
L'invention peut être illustrée à l'aide de l'exemple d'application 30 suivant Une pièce de type "support moteur", de longueur et de largeur hors tout: 195 mm x 154 mm, présentant des nervures de hauteur de 10 à 35 mm, en alliage d'aluminium du type ASIOG, a été coulée dans un moule 35 comportant deux demi-coquilles en acier. La demi-coquille supérieure était percée de 20 trous de diamètre 10 mm. La mise sous une dépression d'environ 5.104 Pascals a été appliquée 0,12 seconde après le moment The invention can be illustrated with the aid of the following application example. A "engine support" type part, overall length and width: 195 mm × 154 mm, with ribs of height from 10 to 35 mm, aluminum alloy ASIOG type, was cast in a mold 35 having two half-shells steel. The upper half-shell was pierced with 20 holes of 10 mm diameter. The putting under a depression of approximately 5.104 Pascals was applied 0.12 second after the moment
du début de l'alimentation.from the beginning of the diet.
On a obtenu une pièce reproduisant fidèlement la forme de l'empreinte et ne présentant aucun défaut interne ou superficiel. A piece has been obtained faithfully reproducing the shape of the impression and presenting no internal or superficial defect.
:0::; I.: 0 ::; I.
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