FR2648064A1 - LOW PRESSURE CASTING PROCESS IN A VACUUM MOLD MORE ESPECIALLY FOR THE MANUFACTURE OF THIN PARTS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION - Google Patents
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- B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
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Abstract
Description
PROCEDE DE COULEE BASSE-PRESSION DANS UN MOULE SOUS VIDE
PLUS SPECIALEMENT DESTINE A LA REALISATION DE PIECES
A PARTIES MINCES ET DISPOSITIF POUR SA MISE EN OEUVRE
La présente invention concerne un nouveau procédé de coulée sous basse-pression dans un moule maintenu sous vide partiel, plus spécialement destiné à la réalisation de pièces en alliage d'aluminium, de magnésium, de cuivre, de fer, de chrome et de nickel, comportant des parties minces, ainsi qu'un dispositif pour sa mise en oeuvre.LOW-PRESSURE CASTING PROCESS IN A VACUUM MOLD
MORE SPECIALLY INTENDED FOR THE PRODUCTION OF PARTS
WITH THIN PARTS AND DEVICE FOR IMPLEMENTING IT
The present invention relates to a new low-pressure casting process in a mold maintained under partial vacuum, more specifically intended for the production of parts made of aluminum alloy, magnesium, copper, iron, chromium and nickel, comprising thin parts, and a device for its implementation.
Le procédé de coulée sous basse-pression est connu depuis le début du siècle. Dans cette technique
on remplit par le bas un moule, métallique ou non, avec un
alliage liquide contenu dans un four hermétiquement clos.The low pressure casting process has been known since the beginning of the century. In this technique
a mold, metallic or not, is filled from below with a
liquid alloy contained in a hermetically sealed oven.
Cet alliage peut remonter dans le moule par
l'intermédiaire d'un tube d'injection,
on effectue ce remplissage à l'aide d'un fluide de
refoulement sous une pression de quelques décibars,
après le remplissage du moule, on maintient une
surpression de masselottage pendant la durée de
solidification de la pièce,
on récupère l'alliage non solidifié, situé dans le bas du
moule dans les canaux d'injection, dès solidification de
la pièce et après cessation de la pression de refoulement.This alloy can go back into the mold by
through an injection tube,
this filling is carried out using a
repression under pressure of a few decibars,
after filling the mold, a
overweight for the duration of
solidification of the part,
we recover the non-solidified alloy, located at the bottom of the
mold in the injection channels, upon solidification of
the part and after cessation of the discharge pressure.
Les moules utilisés peuvent être permanents (dans ce cas, ils sont réalisés en fonte ou en acier, ou en graphite) ou non permanents et ils sont détruits, dans ce cas, après la coulée pour libérer la pièce. Ces moules non permanents sont en sables chimiques, en céramiques ou en plâtre. The molds used can be permanent (in this case, they are made of cast iron or steel, or graphite) or non-permanent and they are destroyed, in this case, after casting to release the part. These non-permanent molds are made of chemical sands, ceramic or plaster.
Les alliages utilisés sont généralement ceux de l'aluminium, les applications pour l'automobile étant très importantes, mais également ceux du magnésium et du cuivre (laitons, bronzes). Par ailleurs, des développements importants se déroulent pour les fontes et les aciers. The alloys used are generally those of aluminum, the applications for the automobile being very important, but also those of magnesium and copper (brasses, bronzes). In addition, significant developments are taking place for cast irons and steels.
Dans le procédé sous sa forme conventionnelle, le four contenant le métal est mis sous pression par de l'air dans le cas de l'aluminium et le remplissage du moule par le métal se fait en exerçant un régime de pression dans le four qui est adapté à la pièce à couler. Mais au fur et à mesure des coulées, la hauteur du métal dans le creuset diminue ; d'autre part, le four peut ne pas être étanche et ces deux causes font que la reproductibilité des caractéristiques de remplissage du métal dans le moule (vitesse, pression) n'est pas assurée. In the process in its conventional form, the furnace containing the metal is pressurized by air in the case of aluminum and the filling of the mold with the metal is done by exerting a pressure regime in the furnace which is suitable for the part to be cast. But as and when poured, the height of the metal in the crucible decreases; on the other hand, the furnace may not be waterproof and these two causes mean that the reproducibility of the filling characteristics of the metal in the mold (speed, pressure) is not ensured.
Pour assurer cette reproductibilité, la Demanderesse a développé un procédé qui s'affranchit de la variation de hauteur du métal dans le creuset et des fuites de gaz du four la presison dans le four et le temps de passage du métal sur un capteur de référence sont considérés comme les origines, c'està-dire comme des valeurs 0, pour les variations de pression et de temps qui suivent ce passage sur le capteur de référence. Ce dispositif permet donc de mettre en phase et d'affranchir de tout phénomène aléatoire, les deux évolutions : celle de la pression de gaz dans le four qui est la variable intensive unique d'action et celle du métal dans le four qui en est le résultat. To ensure this reproducibility, the Applicant has developed a process which overcomes the variation in height of the metal in the crucible and gas leaks from the furnace, the presison in the furnace and the time of passage of the metal over a reference sensor are considered as the origins, that is to say as values 0, for the variations of pressure and time which follow this passage on the reference sensor. This device therefore makes it possible to put in phase and to free from any random phenomenon, the two evolutions: that of the gas pressure in the furnace which is the single intensive action variable and that of the metal in the furnace which is its result.
Ce procédé est décrit notamment dans FR-A-2.460.170 et EP A-0.055.947. This process is described in particular in FR-A-2,460,170 and EP A-0.055.947.
Pour faciliter le remplissage des parties minces, il est possible, comme décrit dans EP-A-0.055.947, d'aspirer les gaz qui s'accumulent dans les parties d'empreinte qui vont donner les parties minces et d'assurer dans ces zones un remplissage à vitesse contrôlée par un procédé identique à celui de la pièce de base, c'est-à-dire un capteur de référence. To facilitate the filling of the thin parts, it is possible, as described in EP-A-0.055.947, to suck up the gases which accumulate in the impression parts which will give the thin parts and to ensure in these zones filling at a speed controlled by a process identical to that of the base part, that is to say a reference sensor.
La figure 1 des dessins annexés à la présente description illustre cette opération. Lorsque le métal arrive sur le capteur 1', l'appareil de pilotage 2' du cycle de coulée déclenche une aspiration sur la zone mince de l'empreinte 3' par le groupe de vide 4' et établit une première vitesse d'aspiration pendant une première durée déterminée, puis, passe à une deuxième vitesse pendant une seconde durée déterminée, etc... faisant ainsi se succéder les phases d'aspiration. Après la mise au point, ces informations sont mises en mémoire dans l'appareil de pilotage. Figure 1 of the drawings appended to this description illustrates this operation. When the metal arrives on the sensor 1 ', the control device 2' of the casting cycle triggers a suction on the thin area of the cavity 3 'by the vacuum group 4' and establishes a first suction speed during a first fixed duration, then changes to a second speed for a second fixed duration, etc ... thus making the suction phases succeed one another. After debugging, this information is stored in the control device.
I1 peut être nécessaire de généraliser cette mesure destinée aux parties minces, en particulier dans le cas où la pièce est constituée par de nombreuses parties minces. It may be necessary to generalize this measurement intended for thin parts, in particular in the case where the part is constituted by numerous thin parts.
L'empreinte totale doit être vidée des gaz qui peuvent s'y accumuler et qui font obstacle à l'écoulement du métal.The total footprint must be emptied of gases which can accumulate there and which obstruct the flow of metal.
Le but de la présente invention est précisément de proposer un procédé de coulée basse-pression dans un moule sous vide, plus spécialement destiné à la réalisation de pièces à parties minces et permettant de vider totalement de ses gaz l'empreinte. The object of the present invention is precisely to propose a low-pressure casting process in a vacuum mold, more especially intended for the production of parts with thin parts and making it possible to completely empty the imprint of its gases.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de coulée basse-pression dans un moule sous vide, plus particulièrement destiné à la réalisation de pièces à parties minces, dans lequel les caractéristiques d'évolution de vitesse et de pression du métal au cours du remplissage du moule sont en tout point et à tout instant asservies à des valeurs prédéterminées, caractérisé en ce que le moule et le four sont placés dans deux enceintes hermétiques distinctes et en ce que les pression dans les deux enceintes sont asservies constamment en vue de réaliser les étapes successives suivantes
- dans une première phase, préalable à la coulée proprement dite, les pressions dans les deux enceintes sont amenées conjointement à une même valeur de vide dépendant de la nature du métal,
- dans une seconde phase, durant laquelle s'opère le remplissage complet du moule, la pression dans l'enceinte du moule est sensiblement maintenue à la pression de la première phase, cependant que la pression dans l'enceinte du four est asservie auxdites valeurs de pression du métal prédéterminées
- dans une troisième phase, la pression dans l'enceinte du moule est toujours sensiblement maintenue à la pression de la seconde phase, cependant qu'à la pression dans l'enceinte du four est appliquée une surpression déterminée
- dans une quatrième phase, la pression dans l'enceinte du moule est ramenée et maintenue à la pression de départ ou à une pression différente, cependant que la pression dans l'enceinte du four est amenée à suivre l'évolution de la pression dans l'enceinte du moule en conservant constamment entre les deux pressions l'écart existant à la fin de la troisième phase, l'ensemble des phases 3 et 4 correspondant à l'étape de solidification du métal dans le moule et, enfin,
- dans une cinquième phase, la pression dans l'enceinte du four et celle dans l'enceinte du moule sont amenées à la valeur de la pression de départ de la première phase.To this end, the invention relates to a low-pressure casting process in a vacuum mold, more particularly intended for the production of parts with thin parts, in which the characteristics of evolution of speed and pressure from metal to during the filling of the mold are at any point and at any time controlled by predetermined values, characterized in that the mold and the oven are placed in two separate hermetic enclosures and in that the pressures in the two enclosures are controlled constantly in view to carry out the following successive steps
- in a first phase, prior to actual casting, the pressures in the two chambers are brought together to the same vacuum value depending on the nature of the metal,
- in a second phase, during which the complete filling of the mold takes place, the pressure in the mold enclosure is substantially maintained at the pressure of the first phase, while the pressure in the oven enclosure is controlled by said values predetermined metal pressure
- in a third phase, the pressure in the enclosure of the mold is always substantially maintained at the pressure of the second phase, while at the pressure in the enclosure of the oven is applied a determined overpressure
- in a fourth phase, the pressure in the enclosure of the mold is reduced and maintained at the starting pressure or at a different pressure, while the pressure in the enclosure of the furnace is brought to follow the evolution of the pressure in the enclosure of the mold, constantly keeping the gap existing between the two pressures at the end of the third phase, all of phases 3 and 4 corresponding to the step of solidification of the metal in the mold and, finally,
- In a fifth phase, the pressure in the oven enclosure and that in the mold enclosure are brought to the value of the starting pressure of the first phase.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, description donnée uniquement à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés sur lesquels
- Figure 1 illustre l'art antérieur ;
- Figure 2 est une vue schématique en coupe verticale
d'une installation propre à mettre en oeuvre le procédé
de l'invention
- Figure 3 illustre une variante de réalisation des moyens
de maintien de la cloche de l'installation de la
figure 2,
- Figure 4 est un diagramme représentant les variations de
la pression en fonction du temps dans la cloche et dans
le four de l'installation de la figure 2, au cours des
différentes phases du procédé de l'invention dans le cas
où la pression de départ est la pression atmosphérique.Other characteristics and advantages will emerge from the description which follows of an embodiment of the method according to the invention, description given only by way of example and with reference to the appended drawings in which
- Figure 1 illustrates the prior art;
- Figure 2 is a schematic view in vertical section
an installation suitable for implementing the process
of invention
- Figure 3 illustrates an alternative embodiment of the means
holding the installation bell
figure 2,
- Figure 4 is a diagram representing the variations of
pressure as a function of time in the bell and in
the furnace of the installation of FIG. 2, during the
different phases of the process of the invention in the case
where the starting pressure is atmospheric pressure.
Dans l'installation représentée schématiquement sur la figure 2, le métal 1 est dans un creuset 2 placé dans un four étanche 3 fermé par un couvercle 4. Un tube;5 plonge dans le métal. I1 est prolongé par une buse de liaison 6 qui relie le tube au moule 7. Le moule peut être posé sur une plaque 8 et à l'entrée du moule est un noyau en sable ou isolant 9 qui permet au métal de ne pas se solidifier dans cette zone au contact de la plaque métallique 8. Au dessus du noyau 9 est l'empreinte 10 qui va être remplie par le métal. In the installation shown diagrammatically in FIG. 2, the metal 1 is in a crucible 2 placed in a sealed oven 3 closed by a cover 4. A tube; 5 plunges into the metal. I1 is extended by a connecting nozzle 6 which connects the tube to the mold 7. The mold can be placed on a plate 8 and at the entrance to the mold is a sand or insulating core 9 which allows the metal not to solidify in this zone in contact with the metal plate 8. Above the core 9 is the imprint 10 which will be filled with the metal.
Le moule est sous une cloche 11 et est immobilisé en position verticale par des tiges filetées 12 qui le maintiennent à distance fixe de la cloche 11 sans l'écraser pour ne pas déformer l'empreinte. Les tiges 12 sont portées par un plateau 13.1 monté à l'extrémité de la tige d'un vérin 15.1 porté par un bras fixe 15'.1. De ce fait, en cours de coulée, le moule 7 ne peut se soulever à l'intérieur de la cloche 11. The mold is under a bell 11 and is immobilized in a vertical position by threaded rods 12 which keep it at a fixed distance from the bell 11 without crushing it so as not to deform the imprint. The rods 12 are carried by a plate 13.1 mounted at the end of the rod of a jack 15.1 carried by a fixed arm 15'.1. Therefore, during casting, the mold 7 cannot be lifted inside the bell 11.
Le passage des tiges filetées à travers la cloche 11 est rendu étanche par un système de presse-étoupe classique.The passage of the threaded rods through the bell 11 is sealed by a conventional gland system.
Le système manuel de maintien par les tiges 12 peut être remplacé par un dispositif automatique tel que celui illustré par la figure 3. The manual system for holding by the rods 12 can be replaced by an automatic device such as that illustrated in FIG. 3.
Dans ce dispositif un plateau 13 à l'extrémité de la tige 14 d'un vérin 15 porté par un bras 15'ou solidaire de la cloche 11 par des liaisons rigides 15", vient appuyer sur le moule avec une force très faible qui est en mémoire dans le dispositif de commande du vérin 15 (relié à un pilote 30). In this device, a plate 13 at the end of the rod 14 of a jack 15 carried by an arm 15 ′ or secured to the bell 11 by rigid connections 15 ″ comes to press on the mold with a very low force which is stored in the actuator control device 15 (connected to a pilot 30).
Quand cette force est obtenue, le vérin 15 est bloqué dans sa position (vérin hydraulique ou vérin mécanique ou bridage hydraulique par exemple). De ce fait, si le moule veut se soulever pendant la coulée, il en est empêché par le plateau 13. Ce dispositif automatique réalise donc les deux objectifs du dispositif manuel : ne pas déformer le moule et le maintenir en position.When this force is obtained, the jack 15 is locked in its position (hydraulic jack or mechanical jack or hydraulic clamping for example). Therefore, if the mold wants to lift during casting, it is prevented by the plate 13. This automatic device therefore achieves the two objectives of the manual device: not to deform the mold and keep it in position.
Par ailleurs, la cloche 11 peut etre portée par le bras 15' qui porte le vérin 15 et le plateau 13, ce qui rend automatique l'ensemble de cette zone. Furthermore, the bell 11 can be carried by the arm 15 ′ which carries the jack 15 and the plate 13, which makes the entire area automatic.
La cloche 11 est fixée sur la plaque 8 par un dispositif classique 16 (clavetage, vérin) ou appuyé par le vérin qui actionne la cloche. Un joint 16.1 assure l'étanchéité. The bell 11 is fixed to the plate 8 by a conventional device 16 (keying, jack) or supported by the jack which actuates the bell. A seal 16.1 provides sealing.
Quant à la plaque 8, elle-même maintenue appliquée sur la table 17 de la machine par le même type de dispositif, elle repose sur le joint 18 de la buse de liaison 6 qui assure l'étanchéité de ce passage. Par ailleurs, entre la buse de liaison 6 et le tube d'injection 5 se trouve un joint d'étanchéité 19. Le four de coulée appuie sur ce joint sous l'effet d'un vérin 20 qui l'applique contre la table. As for the plate 8, itself maintained applied to the table 17 of the machine by the same type of device, it rests on the seal 18 of the connecting nozzle 6 which seals this passage. Furthermore, between the connecting nozzle 6 and the injection tube 5 is a seal 19. The casting furnace presses on this seal under the effect of a jack 20 which applies it against the table.
L'ensemble ainsi décrit : four, tube, buse, plaque, cloche, moule1 est étanche et l'étanchéité au niveau de tous les joints indiqués est contrôlée avant et pendant la coulée par le dispositif de pilotage (30) qui est muni d'un module de sécurité. The assembly thus described: oven, tube, nozzle, plate, bell, mold 1 is tight and the tightness at all the indicated joints is checked before and during the casting by the piloting device (30) which is provided with a security module.
Le four 3 et la cloche 11 sont reliés par un tuyau étanche et souple 21 qui permet les déplacements de la cloche. Il comporte un départ vers une pompe à vide 22 et deux vannes d'arrêt 23-24. Le four peut être mis sous pression par une canalisation 25 reliée à une source d'air ou d'un autre gaz sous une pression déterminée et munie d'une vanne pilotée 26. The oven 3 and the bell 11 are connected by a tight and flexible pipe 21 which allows the movements of the bell. It includes a flow to a vacuum pump 22 and two stop valves 23-24. The oven can be pressurized by a pipe 25 connected to a source of air or another gas under a determined pressure and provided with a piloted valve 26.
I1 peut être dépressurisé par une tuyauterie 27 munie d'une vanne pilotée 28. I1 can be depressurized by a pipe 27 provided with a controlled valve 28.
Le fonctionnement de l'ensemble décrit ci-dessus est le suivant en se référant à la figure 4 qui illustre un cycle complet de coulée selon l'invention dans le cas où dans le four 3 la pression de départ et celle d'arrivée sont la pression atmosphérique, étant entendu que ces pressions pourraient être différentes de la pression atmosphérique, en particulier supérieures. The operation of the assembly described above is the following with reference to FIG. 4 which illustrates a complete casting cycle according to the invention in the case where in the furnace 3 the starting pressure and that of arrival atmospheric pressure, it being understood that these pressures could be different from atmospheric pressure, in particular higher.
Ce cycle est divisé en cinq phases successives. This cycle is divided into five successive phases.
La première phase est une étape préparatoire au cours de laquelle on amène la pression dans les deux enceintes (four 3 et cloche 11) de la pression atmosphérique à une pression faible (de quelques dizaines de millibars à quelques millibars pour l'aluminimum selon les pièces à couler). The first phase is a preparatory stage during which the pressure in the two chambers (oven 3 and bell 11) is brought from atmospheric pressure to a low pressure (from a few tens of millibars to a few millibars for the aluminimum depending on the parts to flow).
La deuxième phase constitue la coulée proprement dite, au cours de laquelle le pilote 30 va introduire dans le four 3 de l'air ou un autre gaz, la pression dans la cloche li étant maintenue sensiblement inchangée, et va faire respecter les vitesses d'écoulement dans le moule en assujettissant la différence de pression entre-les deux enceintes Pf - Pc à avoir une évolution en fonction du temps, identique à une valeur prédéterminée pour obtenir les caractéristiques métalliques désirées dans la pièce. The second phase constitutes the actual casting, during which the pilot 30 will introduce into the furnace 3 air or another gas, the pressure in the bell li being kept substantially unchanged, and will make the speeds of flow in the mold by subjecting the pressure difference between the two enclosures Pf - Pc to have an evolution as a function of time, identical to a predetermined value to obtain the desired metallic characteristics in the room.
Pendant les phases NO 3 et 4 s'opère la Solidification. En un premier temps (phase 3), une surpression est établie dans le four 3, la cloche 11 étant toujours maitenue sensiblement à la même pression et, en un second temps (phase 4), de l'air ou un autre gaz est envoyé simultanément par le pilote (30) dans le four et dans la cloche tout en conservant entre eux la différence de pression qui existait à la fin de la phase 3. During phases NO 3 and 4 Solidification takes place. Firstly (phase 3), an overpressure is established in the furnace 3, the bell 11 being always maintained at substantially the same pressure and, secondly (phase 4), air or another gas is sent simultaneously by the pilot (30) in the furnace and in the bell while retaining between them the pressure difference which existed at the end of phase 3.
La phase 5 est l'étape finale de retour à la situation d'origine avec mise à l'atmosphère des deux enceintes. Phase 5 is the final step of returning to the original situation with the two chambers being vented.
Plus précisément, au cours de la phase 1, on ouvre les deux vannes 23 et 24 et on fait le vide dans le four 3 et la cloche 11 par le groupe de pompage 22. Dans le cas de l'aluminium on peut descendre à quelques millibars ; pour le magnésium il faut rester à une pression telle que les éléments de l'alliage ne passent pas en phase vapeur. Quoi qu'il en soit, avant la pompe se trouve un circuit (non représenté) de refroidissement des gaz pour condenser les vapeurs métalliques éventuelles. More precisely, during phase 1, the two valves 23 and 24 are opened and a vacuum is created in the furnace 3 and the bell 11 by the pumping group 22. In the case of aluminum, it is possible to descend to a few millibars; for magnesium it is necessary to remain at a pressure such that the elements of the alloy do not pass into vapor phase. Anyway, before the pump is a circuit (not shown) for cooling the gases to condense any metal vapors.
Arrivé à la pression désirée de vide Pv, on ferme la vanne 23 et le groupe de pompage maintient, par sa régulation, la pression dans la cloche 11 à une pression voisine de Pv. La valeur exacte de la pression obtenue dans la cloche à un instant donné sera appelée ultérieurement Pc et celle du four
Pf. Le cycle de coulée est alors lancé (phase 2) par l'opérateur sur le dispositif de pilotage 30. La vanne d'admission 26 s'ouvre et le dispositif de pilotage augmente la pression dans le four 3 selon une loi préétablie, dans une première étape dans laquelle le métal monte uniquement dans le tube (5,6).Arrived at the desired vacuum pressure Pv, the valve 23 is closed and the pumping group maintains, by its regulation, the pressure in the bell 11 at a pressure close to Pv. The exact value of the pressure obtained in the bell at a given time will be called Pc later and that of the oven
Pf. The casting cycle is then launched (phase 2) by the operator on the control device 30. The inlet valve 26 opens and the control device increases the pressure in the furnace 3 according to a pre-established law, in a first step in which the metal rises only in the tube (5,6).
Lorsque le métal arrive sur le capteur de présence Eo 29 situé dans la buse de liaison 6, avant l'entrée du moule, la différence de pression entre le four et la cloche bPo = Pfo - Pco et le temps de passage to sont enregistrés dans le dispositif de pilotage 30. Celui-ci établit ensuite dans le four 3 une pression Pf, fonction du temps, telle qu'à tout instant la valeur P - Po = Pf-Pc-(Pfo-Pco) soit une fonction du temps égale à celle qui a été préétablie pour obtenir les caractéristiques optimales de la pièce. When the metal arrives on the presence sensor Eo 29 located in the connecting nozzle 6, before the mold enters, the pressure difference between the oven and the bell bPo = Pfo - Pco and the passage time to are recorded in the control device 30. This then establishes in the oven 3 a pressure Pf, function of time, such that at any time the value P - Po = Pf-Pc- (Pfo-Pco) is a function of equal time to that which has been preset to obtain the optimum characteristics of the part.
Cette valeur b P - A Po est donc l'excès de pression du four par rapport à la cloche 11, lorsque l'on prend le temps de passage du métal devant le capteur Eo29 comme'valeur Eo. This value b P - A Po is therefore the excess pressure of the furnace relative to the bell 11, when the time taken for the metal to pass in front of the sensor Eo29 as the value Eo is taken.
Cette étape de coulée (montée du métal jusqu'au remplissage complet de l'empreinte 10) est conforme au procédé mis au point par la Demanderesse et ayant fait l'objet des brevets mentionnés plus haut. This casting step (mounting of the metal until the impression 10 is completely filled) is in accordance with the process developed by the Applicant and having been the subject of the patents mentioned above.
En particulier, l'évolution de la différence de pression P - A Po peut être faite selon un certain nombre de phases différenciées où la vitesse d'évolution de ss P- a Po = f(t-to) reste constante à l'intérieur d'une phase. L'appareil 30 de pilotage du procédé est identique à celui décrit dans lesdits brevets. In particular, the evolution of the pressure difference P - A Po can be made according to a certain number of differentiated phases where the speed of evolution of ss P- a Po = f (t-to) remains constant inside of a phase. The process control device 30 is identical to that described in said patents.
Brièvement, le pilote 30 comprend un calculateur, un ensemble de mémoires contenant un programme des séquences à réaliser et des paramètres à faire respecter et des éléments d'entrée-sortie recevant des informations et/ou donnant des ordres aux divers capteurs (dont Ex9), vannes (23,24,26,28,32,33) et vérins ( 15.1, 15). Briefly, the pilot 30 includes a computer, a set of memories containing a program of the sequences to be carried out and parameters to be respected and input-output elements receiving information and / or giving orders to the various sensors (including Ex9) , valves (23,24,26,28,32,33) and cylinders (15.1, 15).
Par ailleurs, le procédé objet de la présente invention s'applique évidemment au cas où le four de coulée est à deux enceintes comme dans le procédé mis également au point par la
Demanderesse et décrit dans FR-A-2.583.321, l'enceinte extérieure étant maintenue à une pression sensiblement égale à celle de l'enceinte intérieure.Furthermore, the process which is the subject of the present invention obviously applies to the case where the casting furnace has two chambers as in the process also developed by the
Applicant and described in FR-A-2,583,321, the outer enclosure being maintained at a pressure substantially equal to that of the inner enclosure.
Le procédé selon la présente invention permet donc d'avoir une évolution du métal dans un moule maintenu en dépression qui soit liée d'une façon univoque à l'évolution de la différence de pression comptée au-dessus d'une différence de pression de référence, existant à tout instant entre le four contenant le métal du creuset et l'enceinte contenant le moule. The method according to the present invention therefore makes it possible to have an evolution of the metal in a mold maintained in depression which is unequivocally linked to the evolution of the pressure difference counted above a reference pressure difference , existing at all times between the furnace containing the metal of the crucible and the enclosure containing the mold.
Cette mise en phase par un capteur de référence (Eo29) permet donc de définir la différence de pression qui est la variable intensive unique d'action du système et qui est indépendante de la hauteur du métal dans le creuset et des fuites de gaz dans l'ensemble du dispositif. This phasing by a reference sensor (Eo29) therefore makes it possible to define the pressure difference which is the unique intensive action variable of the system and which is independent of the height of the metal in the crucible and gas leaks in the 'the whole device.
I1 est à noter que l'on pourrait appliquer ce procédé au remplissage du moule sous vide, sans utiliser de capteur de référence, c'est-à-dire avec une évolution de la différence de pression et une évolution du métal mises en phase d'une façon approximative et aléatoire par des réglages basés sur des observations statistiques, telles que la variation de hauteur du métal dans le creuset obtenue par calcul 'à partir du poids des grappes des pièces coulées. It should be noted that this process could be applied to filling the mold under vacuum, without using a reference sensor, that is to say with an evolution of the pressure difference and an evolution of the metal brought into phase d 'an approximate and random way by adjustments based on statistical observations, such as the variation in height of the metal in the crucible obtained by calculation' from the weight of the clusters of the castings.
Par ailleurs, la cloche 11 est munie d'un tube 31 pour mise à la pression atmosphérique ou en communication avec un gaz extérieur sous une pression déterminée par l'intermédiaire d'une vanne 32 reliée au pilote 30. Lorsque le moule est rempli de métal (fin de la phase 2), le pilote électronique 30 qui dirige le procédé fait exercer une surpression supplémentaire dans le four 3 par rapport à la cloche 11, de valeur h PS, pour permettre au métal liquide venant des parties chaudes de venir compenser les retassures dues au retrait et qui prennent naissance dans les parties plus froides au cours de la solidification. Furthermore, the bell 11 is provided with a tube 31 for atmospheric pressure or in communication with an external gas under a pressure determined by means of a valve 32 connected to the pilot 30. When the mold is filled with metal (end of phase 2), the electronic pilot 30 which directs the process exerts an additional overpressure in the furnace 3 relative to the bell 11, of value h PS, to allow the liquid metal coming from the hot parts to come to compensate shrinkage due to shrinkage and which originate in the cooler parts during solidification.
Cette surpression hPS s'établit (phase 3) en quelques secondes (4 à 5). A la fin de cette période le métal va exercer sur les parois du moule une pression égale à la valeur de la surpression indiquée PS, soit environ 100 à 150 millibars dans le cas général de l'aluminium. Dans ces conditions, le métal se solidifierait donc sous un vide partiel ce qui peut entraîner l'apparition de porosités lors de la solidification. This hPS overpressure is established (phase 3) in a few seconds (4 to 5). At the end of this period the metal will exert on the walls of the mold a pressure equal to the value of the indicated overpressure PS, that is to say approximately 100 to 150 millibars in the general case of aluminum. Under these conditions, the metal would therefore solidify under a partial vacuum, which can lead to the appearance of porosities during solidification.
Ces porosités sont dues au fait que l'hydrogène est plus soluble dans le métal liquide que dans le métal solide et une fraction est donc expulsée lors de la solidification. Cette fraction est d'autant plus importante que la pression au-dessus du métal est plus faible.These porosities are due to the fact that the hydrogen is more soluble in the liquid metal than in the solid metal and a fraction is therefore expelled during solidification. This fraction is all the greater the lower the pressure above the metal.
Il est donc utile d'augmenter la pression sur le métal dès le début de sa solidification. C'est pourquoi la cloche 11 est munie de la tubulure 31 avec la vanne pilotée 32 et le pilote électronique qui dirige le cycle met les deux enceintes en liaison avec l'air ou un gaz extérieur, le four 3, par le tube 25 et la vanne pilotée 26, la cloche 11, par le tube 31 et la vanne pilotée 32. It is therefore useful to increase the pressure on the metal from the start of its solidification. This is why the bell 11 is provided with the tubing 31 with the piloted valve 32 and the electronic pilot which directs the cycle puts the two chambers in connection with the air or an external gas, the oven 3, by the tube 25 and the piloted valve 26, the bell 11, by the tube 31 and the piloted valve 32.
Mais, pour que le métal continue à monter du creuset jusqu'aux retassures qui peuvent se former dans la pièce au cours de la solidification, il est nécessaire que la différence de pression entre le four et la cloche soit maintenue à la valeur qui existe à la fin de l'établissement de la surpression tPS . However, in order for the metal to continue to rise from the crucible to the settlements which may form in the part during solidification, it is necessary that the pressure difference between the furnace and the bell is maintained at the value which exists at the end of the establishment of the tPS overpressure.
Dans ce but, le pilote électronique 30 (phase 4) ferme la vanne 24 d'aspiration sur la cloche et introduit l'air ou le gaz extérieur dans chacune des deux enceintes en pilotant les ouvertures-fermetures des vannes 26 et 32 pour maintenir à tout instant entre les deux enceintes, la différence de pression signalée précédemment. Cette opération se fait en quelques secondes. To this end, the electronic pilot 30 (phase 4) closes the suction valve 24 on the bell and introduces outside air or gas into each of the two enclosures by controlling the openings-closings of the valves 26 and 32 to maintain any time between the two speakers, the pressure difference previously reported. This is done in seconds.
A la fin de la phase 4, si la cloche 11 est à la pression atmosphérique le four 3 est à une pression supérieure. At the end of phase 4, if the bell 11 is at atmospheric pressure the oven 3 is at a higher pressure.
Ces pressions sont maintenues jusqu'à la fin de la solidification. These pressures are maintained until the end of solidification.
A la fin de la solidification, la cloche 11 et le four 3 sont ramenés (phase 5) à la même pression qui est en général la pression atmosphérique. I1 est à noter qu'à la fin du cycle la pression finale établie dans le four et dans la cloche pourrait etre supérieure à la pression atmosphérique. At the end of solidification, the bell 11 and the furnace 3 are brought back (phase 5) to the same pressure which is generally atmospheric pressure. It should be noted that at the end of the cycle the final pressure established in the oven and in the bell could be higher than atmospheric pressure.
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