FR2705044A1 - Procédé de coulée pilotée sous basse pression d'un moule sous vide pour alliages d'aluminium ou de magnésium et dispositif pour sa mise en Óoeuvre. - Google Patents

Abstract

Procédé de coulée basse pression dans lequel on utilise un moule (5) destiné à la coulée d'une pièce, un four de fusion (1) étanche, un tube (4) plongeant dans un creuset (3) du four (1) et débouchant dans le moule (5), une cloche (35) recouvrant le moule (5), des moyens pour injecter dans le four (1) un fluide de sous pression et à faire le vide sur le four et la cloche, caractérisé en ce qu'il consiste à faire le vide dans le four et la cloche puis à injecter un gaz dans le four et à mesurer la différence de pression entre le four et le moule puis la cloche, à mesurer la hauteur du métal dans le creuset à tout instant et la température du métal à l'entrée du moule et à asservir la différence de pression four-moule ou four-cloche, à respecter des valeurs prédéterminées en tenant compte de la hauteur du métal dans le creuset et de la température du métal à l'entrée dans le moule.

Description

PROCEDE DE COULEE PILOTEE SOUS BASSE PRESSION D'UN MOULE

SOUS VIDE POUR ALLIAGES D'ALUMINIUM OU DE MAGNESIUM 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 pendant le remplissage, plus spécialement destiné à la réalisation: - de pièces en alliages d'aluminium, magnésium, cuivre, fer, chrome, nickel. - de pièces en matières plastiques, - de pièces comportant des parties en fibres soumises à imprégnation, ces

pièces comportant en général des parties minces.

Le procédé conventionnel de coulée sous basse pression est connu depuis le début du siècle: le métal est dans un four étanche, le moule est relié au métal par un tube. Si on élève la pression dans le four, le métal monte dans le moule. Après solidification, on décomprime le four et on recueille dans le creuset le métal de la

pièce non encore solidifié.

L'art antérieur s'est attaché essentiellement à apporter deux améliorations importantes au procédé d'origine: 1) le contrôle de l'écoulement de métal,

2) le remplissage d'un moule sous vide par du métal sous pression.

Le contrôle de l'écoulement de métal consiste à donner, en chaque point du moule au front de métal qui avance, une vitesse d'écoulement: * qui soit suffisamment élevée pour éviter que ce front ne se solidifie avant que le remplissage de l'empreinte ne soit terminé, * et qui soit inférieure à la vitesse o apparaissent les turbulences sur ce front

de métal, turbulences qui donneraient des oxydes et des inclusions de gaz.

A chaque point du moule doit donc correspondre, pour le front de métal, une vitesse optimale comprise entre les deux précédentes; elle est fonction de la géométrie de la pièce en ce point, en particulier de l'épaisseur, de la 'nature du moule (métallique, en sable, en céramique), de la température du métal et du moule, de la

nature du métal, etc...

Les innovations qui ont marqué la recherche d'une solution représentent trois étapes: Première étape: 1960 / 1975 Brevet français N 1376884 (1963) Brevet français N 1257708 (1960) Brevet français N 2276125 (1975) Dans le brevet français 1 376 884 du 19/11/1963 (Kaisha) la pression dans le four est assujettie à prendre des valeurs prédéterminées en fonction du temps. Mais comme la hauteur de métal dans le creuset diminue au fur et à mesure que les coulées se succèdent, la valeur prédéterminée pour un instant donné conduit à une position

différente dans le moule lors de coulées successives.

Par ailleurs, il n'est pas tenu compte d'une correction due à la température du

métal qui influe sur la viscosité du métal donc sur sa vitesse d'écoulement.

Dans le brevet français 1 257 708 du 22/02/1960 (Griffin) le procédé utilise un dispositif de régulation pour réaliser une vitesse d'augmentation de pression constante dans le four pendant le remplissage de la pièce. Il n'y a donc pas de variation de vitesse en cours de coulée en fonction de la géométrie des différentes zone traversées par le métal. Par ailleurs il y a comme précédemment absence de correction de la

vitesse par la température.

Dans le brevet français 2 276 125 du 27/06/1975 (Honsel - Werke) on utilise une installation de coulée basse pression associée à un calculateur qui fait respecter une vitesse d'augmentation dans le four propre à chaque pièce mais constante jusqu'au palier de maintien pour solidification et à chaque coulée on augmente la pression de ce palier de solidification pour tenir compte du poids de métal utilisé dans

la coulée précédente.

Dans ce procédé, comme dans les précédents, la vitesse d'écoulement n'est

donc pas régulée en fonction de la géométrie de la pièce dans ses diverses zones.

L'absence de correction due à la température est également à noter.

Deuxième étape: 1972 / 1975 Une approche différente de la précédente avait été faite par MM. LEFEBVRE et PICHOURON (Brevet Régie RENAULT N 2189150 du 22/06/1972) o le passage du métal sur des capteurs déclenche des débits d'air de différentes valeurs pour faire varier la vitesse du métal, mais cette régulation est influencée par les fuites de gaz qui existent en général dans les fours industriels dont l'étanchéité ne peut être parfaite. La maîtrise des débits d'air ne permet donc pas d'établir des vitesses prédéterminées. Troisième étape: 1979 / 1981 Pour résoudre ce problème de l'orientation d'une vitesse prédéterminée sur le front de métal à un endroit donné, PL et PA MERRIEN ont décrit dans le brevet français 7 917 317 du 03/07/1979 et le brevet européen 55947 du 05/01/1981 l'utilisation d'un capteur de référence placé dans la veine de métal et qui détecte le passage du métal. La pression dans le four et le temps lors du passage du métal sur le capteur sont pris comme valeur 0 pour les évolutions ultérieures de la pression dans le four. Ceci permet de s'affranchir de la hauteur du métal dans le creuset lors du départ du cycle, le 0 de pression et le 0 de temps étant toujours obtenus au même

point, celui du capteur de référence.

Cependant, le procédé ne tient pas compte de trois facteurs importants: 1) La pression peut augmenter dans le moule pendant le remplissage en raison des gaz produits par la combustion des résines, des insuffisances de porosité

du sable, les moules coulés en basse pression n'étant en général pas ouverts.

Cependant, une technique avec moules ouverts existe.

La contre-pression produite par les gaz réduit d'autant la pression qui provoque le mouvement du métal et diminue sa vitesse. Ce phénomène est aléatoire et la régulation de la vitesse du métal doit donc être faite par la différence de pression entre le four et le moule, et non par la seule pression

du four.

2) Au cours de la coulée, la hauteur du métal dans le creuset diminue et une partie de l'augmentation de la pression dans le four est utilisée pour

compenser cette perte de hauteur.

La vitesse prédéterminée à obtenir en un point donné doit donc tenir compte de cette variation qui peut être considérable pour de grandes pièces et atteindre l'ordre de grandeur d'un mètre, soit l'équivalent de la pression

utilisée pour remplir la pièce.

3) Le capteur de référence qui détecte le passage du métal dans les brevets cités de P.L. et P.A. MERRIEN est un capteur à détection dynamique, dont l'inertie, quoique faible, se traduit par un décalage de position pour le point

du moule o doit être obtenue la vitesse de métal prédéterminée.

La présente invention apporte une solution à ces trois problèmes qui concernent le contrôle de l'écoulement du métal: - en régulant la vitesse du métal à partir de la différence de pression entre le four et le moule, - en tenant compte de la diminution de hauteur du métal en cours de coulée, - en remplaçant le capteur dynamique par un capteur à détection statique qui définit avec précision le point origine de l'évolution de pression dans le four

et ceci dès le départ du cycle.

Le second groupe d'améliorations au procédé de coulée basse pression d'origine, le remplissage d'un moule sous vide par du métal sous pression, a fait l'objet de plusieurs approches dont essentiellement: * Brevet E2 0296 074 (Charbonnier-Goliard, Société CEGEDUR) Les deux enceintes contenant l'une le métal, l'autre le moule, sont mises sous une même depression, puis on établit dans l'enceinte métal un excès de pression AP qui permet au métal de remplir le moule et qui est maintenu

constant jusqu'à la fmin de la solidification.

* Brevet FR A2 556 996 (Belocci, Société PONT à MOUSSON).

Dans ce brevet, l'enceinte moule et l'enceinte métal sont au départ sous une même dépression ou à la pression atmosphérique. Par établissement d'une différence de pression entre les deux enceintes, le métal est amené à l'entrée du moule. A partir de ce point, dont la précision dépend de la hauteur du métal dans le four en absence de capteur, on applique dans le four une surpression par rapport à l'enceinte moule pour remplir le moule. La surpression est obtenue par l'introduction de gaz dans le four à travers une

conduite sous une pression déterminée, sans régulation.

* Brevet US A2 997 756 (C.F. STROM, 1956) Il concerne le remplissage d'un lingot en moule métallique, mis dans une enceinte sous vide, par un métal mis dans une enceinte dont la pression

s'élève.

* Brevet US A1 703 739 (W. KLEPSCH, 1929)

Concerne les mêmes principes.

* PATENT ABSTRACTS OF JAPAN AND JPA 61 095 760 (Toyota, 1986) Le métal et le moule sont dans deux enceintes sous pression réduite. Le

remplissage se fait en augmentant la pression dans l'enceinte métal.

* Brevet US 5042 561 (CHANDLEY, Sté HITCHINER) Le moule sous atmosphère privée d'air et portant son tube d'injection est posé sur le four qui est également avec une atmosphère sans air. Moule et

four sont au départ à la pression atmosphérique.

On fait un vide supplémentaire dans la chambre du moule pour faire monter

le métal. Pendant la solidification, ce vide supplémentaire est maintenu.

Dans tous ces procédés, le métal remplit le moule avec des vitesses quelconques: on exerce une pression constante sur le métal (Cegedur, Pont à Mousson) o on crée une dépression supplémentaire dans la chambre du moule

(Hitchiner, Strom, Klepsch).

L'objet de la présente invention est double: 1) Assurer le remplissage du moule maintenu sous vide tout en respectant des conditions prédéterminées de vitesse en chaque point du moule pour établir en ces points des conditions qui permettent d'obtenir les caractéristiques métallurgiques optimales et de les reproduire à partir d'un seul capteur situé hors du moule et de la veine de métal. Ce capteur donne à l'appareil de régulation la position du métal dans le creuset au départ du cycle et l'évolution de cette position en cours de cycle pour lui permettre d'effectuer

les corrections.

2) Assurer une solidification sous pression afin d'éviter le dégagement de gaz occlus, qui se ferait au cours d'une solidification effectuée sous vide, même partiel. Ce passage du métal d'un état sous vide à un état sous pression se fait dans la présente invention selon une évolution prédéterminée pour

atteindre le niveau de pression désiré.

Pour réaliser ces objectifs: 1) L'enceinte moule et l'enceinte métal qui sont au départ à la pression

atmosphérique sont amenées à un même niveau de vide prédéterminé.

2) Le capteur de niveau de métal mesure ce niveau et informe l'appareil de pilotage. 3) Puis on injecte dans l'enceinte métal un gaz approprié au métal à couler (air ou azote pour les alliages d'aluminium; CO2 + SF6, Argon + SF6 pour les alliages de magnésium), tandis que l'enceinte moule est maintenue au niveau de vide du stade 1 ou à un niveau voisin, qui évolue en raison des dégagements de gaz qui sont produits dans le moule par la combustion des

résines du sable.

L'appareil de pilotage reçoit à tout instant les informations des capteurs qui lui donnent: * d'une part, le AP entre la pression dans le moule et celle dans l'enceinte métal, * d'autre part, le AH entre la hauteur du métal dans le creuset au départ du

cycle et sa hauteur à l'instant considéré.

Par ailleurs, à l'entrée du moule est un capteur de température à réponse rapide qui donne la température du métal au passage, donc le AT entre la température réelle du métal et la température de référence retenue pour cette pièce au titre des paramètres. L'appareil de pilotage assujettit le AP corrigé par le AH et le AT à

prendre des valeurs prédéterminées.

4) Lorsque le remplissage du moule est terminé, on établit sur le métal une surpression selon une évolution prédéterminée pour assurer l'alimentation" de la pièce qui va se solidifier, c'est-à-dire la montée du métal liquide depuis le creuset et le système de coulée jusqu'aux zones qui vont se contracter au

cours de la solidification.

) Cette surpression ayant été établie, l'enceinte moule est rapidement mise à la pression atmosphérique, ou différente, et l'enceinte métal est portée à une pression supérieure, prédéterminée. Ce stade va durer jusqu'à la fin de la

solidification de la pièce.

Ces pressions dans les deux enceintes, lors de la solidification de la pièce, peuvent être: * d'un niveau faible (0 à 1 bar d'o le nom de basse pression) pour des coulées classiques, * ou d'un niveau élevé (plusieurs dizaines de bars) pour des cas spéciaux comme des pièces comportant des éléments en matériaux composites à

matrice métallique.

6) A la fin de la solidification, les deux enceintes sont décomprimées pour revenir à la pression atmosphérique avec des vitesses prédéterminées pour

éviter des turbulences dans le creuset au retour du métal.

L'enceinte métal peut également rester sous une pression résiduelle pour

conserver le métal dans la partie supérieure du tube.

Dans les évolutions de pression après le remplissage du moule, c'est le AP entre l'enceinte métal et l'enceinte moule qui sert à la régulation de la pression dans le four par l'appareil de pilotage car le capteur de pression dans le moule est devenu

inopérant après le remplissage du moule (cycle représenté Figure 3).

A noter par ailleurs quelques cas particuliers: * Un niveau de vide O correspond à la coulée conventionnelle basse pression avec moule et métal à la pression atmosphérique au départ de l'injection. Le procédé apporte alors sa régulation spéciale de la vitesse du métal et de la surpression avec correction due à la hauteur du métal dans le creuset et à la

température d'entrée dans le moule (cycle représenté Figure 9).

* Un niveau de vide pas inférieur à 500 millibars résiduels est utilisé pour les alliages de magnésium, variable selon la nature de l'alliage (cycle représenté

Figure 7).

* A la fin du remplissage du moule, on peut ne pas établir de surpression, avoir des masselottes ouvertes à la partie supérieure et assurer la solidification sous gravité de la partie haute de la pièce et sous pression de la

partie basse.

Le procédé apporte dans ce cas la régulation de la vitesse lors du remplissage et le maintien du métal au niveau supérieur lors de la solidification (cycle

représenté Figure 11).

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: * La Figure 1 est un schéma d'une installation permettant la mise en oeuvre du

procédé pour les alliages d'aluminium avec vide et pression.

* La Figure 2 est le schéma correspondant pour les alliages de magnésium

avec vide et pression.

* La Figure 3 est un schéma d'installation permettant la mise en oeuvre du procédé o le moule est à la pression atmosphérique donc sans utilisation de

vide, mais avec pression sur le métal.

Dans l'installation représentée Figure 1, le four étanche la est chauffé par des résistances 2a non protégées car fonctionnant en présence d'air pour l'aluminium. Le

creuset 3a contient le métal.

Un tube 4a relie le métal au moule. Il est muni à sa partie supérieure d'un ensemble chauffé électriquement et régulé 4aI qui constitue avec le tube un ensemble monobloc. Cette partie supérieure, appelée buse, est dans la technique habituelle de la basse pression, séparée du tube pour des raisons de démontabilité. Mais dans les applications avec mise sous vide du moule, la surface d'appui entre la buse et le tube devrait être munie de joints toriques pour assurer l'étanchéité. Ils sont en polymère et, étant détruits à 250 C, ils doivent être refroidis par des chambres de circulation d'air dans les semelles d'appui de la buse et du tube. Tout défaut d'étanchéité à ce niveau entraîne une entrée d'air dans le métal du tube donc dans la pièce en cours de

remplissage.

Cette bulle qui est à la pression atmosphérique et à 200, passe dans la veine de métal à 750 C et'sous quelques millibars (3 à 10). Son volume est multiplié par un

facteur de 1000.

Elle éclate et se disperse dans la pièce sous forme d'un fin brouillard. L'intérêt

de les supprimer est évident.

Par contre, les joints polymères 4a2 à la partie supérieure de la buse sont refroidis par la plaque portant le moule, plaque qui est à 20 - 40 C et ce

refroidissement leur assure un fonctionnement satisfaisant.

Cet ensemble monobloc tube-buse électriquement chauffé et régulé, est un élement de l'invention. Cet ensemble repose sur le plateau mobile 7a et est appliqué sous la table de

coulée 8a par la poussée verticale du four qui est monté sur un verin.

Le moule 5a est sur la table de coulée.

Dans le four le capteur de mesure de hauteur est constitué par un flotteur 10a à

l'extrémité d'un levier lia articulé en 12a.

Le secteur 13a est solidaire du levier lia et entraîne une roue dentée 14a qui entraîne elle-même un capteur de mesure d'angle de type classique par exemple comme les potentiomètres rotatifs. La roue dentée 14a est également solidaire moteur

pour être mise dans une position déterminée servant de référence.

Le flotteur 10a est en graphite pour résister à la dissolution par l'aluminium liquide et être d'une densité plus faible. Les autres éléments du dispositif sont en acier réfractaire résistant à la corrosion à haute température par les gaz corrosifs qui sont utilisés dans le cas du magnésium. Le capteur de hauteur de métal donne ses

indications à l'appareil de pilotage 15a.

Le four porte une canalisation 17a d'injection de gaz avec son électrovanne pilotée 18a à ouverture proportionnelle dirigée par l'appareil de pilotage 15a et un tube de décompression 19a avec son électrovanne pilotée 20a qui peut être du type

tout ou rien.

La vanne proportionnelle de mise en pression apporte en effet une vitesse régulière de montée au métal à l'inverse d'une vanne tout ou rien qui donne des petits paliers d'arrêt dans le cas des basses vitesses, inférieures à 3 à 4 cm par seconde. Par contre à la décompression, la pièce est solide et la vanne tout ou rien est sans inconvénient. Des capteurs de pression sont disposés, dans Ie moule en 26a, dans la cloche 35 en 44, dans le four en 30a et à l'entrée du moule est un capteur de température de

métal, couple à reponse rapide 27a.

La cloche est mise sous vide par la tubulure 36 - 38 avec son électrovanne 37; le four est mis sous vide par le tube muni de l'électrovanne 40. Les deux

canalisations venant du four et de la cloche sont reliées à la pompe à vide 47.

La cloche 35 porte un tube de mise à l'air libre 41 avec son électrôvanne 42.

Toutes les informations des capteurs arrivent dans le pupitre 28a qui dontient en outre des automates programmables pour diriger Ies actions autres que celles du cycle de

coulée (mouvements du four, du moule...).

Par ailleurs, un capteur de présence, situé dans la buse, permet de détecter le passage du métal lorsqu'il se présente devant lui. Il est composé selon Figure 12 d'un tube 60 en acier réfractaire à l'extrémité duquel est une pastille 61 sur laquelle est sondée l'extrémité d'un couple 62. Dans l'intérieur il y a une circulation d'air

comprimé, avec arrivée 63 portant son électrovanne 64 et une sortie à l'air libre 65.

L'électrovanne 64 est à ouverture proportionnelle.

Elle est pilotée par l'appareil de pilotage 15a pour obtenir sur la pastille 61 avant départ du cycle de coulée, une température dans un intervalle déterminé qui est

nécesaire pour avoir une détection satisfaisante du choc thermique.

Cette circulation d'air qui refroidit la pastille 61 permet de protéger le couple contre la dissolution par l'aluminium liquide et permet d'enregistrer le choc thermique lors du passage du métal. Ce traitement est fait par le logiciel de l'appareil de pilotage 15a qui reçoit les informations du capteur. L'appareil de pilotage s'en sert non pour diriger la courbe du cycle de coulée qui est sous la dépendance du capteur de hauteur de métal, mais il s'en sert dans ses calculs dans le cas des coulées sans

surpression, avec moules ouverts.

Une deuxième forme du dispositif pour mettre en oeuvre le procédé existe pour les applications aux alliages de magnésium et est représentée Figure 2 avec possibilité

de vide sur le moule et/ou d'atmosphère spéciale protectrice.

Le dispositif est le même que précédemment et sur la Figure 2 les éléments

correspondants à ceux de figure sont affectés d'un indice b au lieu de a.

Les modifications pour le magnésium sont: - La buse 461 liée en un ensemble monobloc au tube 45 possède une chambre 51 au sommet de laquelle on injecte un gaz protecteur CO2 + SF6 ou Argon + SF6 par le tube 52 munie de l'électrovanne 53. Cette injection se fait entre deux coulées, elle permet de protéger le métal du tube car la protection faite sur le creuset ne l'atteint pas. Cette injection sur la buse est

interrompue par l'électrovanne au départ du cycle de coulée.

- Le tube 61.1 d'injection de gaz protecteur dans la cloche avec son

électrovanne 62.1. La cloche portant le moule est un ensemble mobile.

Avant de se présenter sur le poste de coulée, la cloche est mise sous vide puis on introduit du gaz protecteur Argon SF6 et on recommence ce cycle de purge jusqu'à obtenir une atmosphère protectrice totalement satisfaisante. La cloche maintenue sous une légère surpression de gaz Argon - SF6 est alors amenée sur le poste de coulée. Ces dispositions permettent de couler le

magnésium en l'absence d'oxygène.

- Les résistances 2b qui sont dans des tubes 50 en acier réfractaire pour être isolés des gaz corrosifs quand il sont à haute température. Ces tubes sont en épaisseur suffisante pour ne pas se déformer sous l'effet du vide ou de la

pression du four.

- Les isolants entre la carcasse lb du four et les résistances qui sont en matériaux alumineux et non siliceux pour résister à la corrosion des mêmes gaz. Une troisième forme de réalisation du dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé est représenté Figure 3. Dans ce cas le moule est maintenu à la

pression atmosphérique et sans gaz protecteur. Il n'y a pas de cloche.

Les autres éléments sont identiques à ceux des Figures 1 ou 2, ce cas 3 pouvant être appliqué à l'aluminium (cas représenté Figure 3) ou au magnésium avec dans ce

dernier cas les quatre dispositions spéciales indiquées précédemment.

Le fonctionnement de l'ensemble est décrit ci-après dans le cas du dispositif Figure 1 (Aluminium sous vide et pression). Dans le cas du magnésium (Figure 2) le

cycle est identique à quelques exceptions près qui sont signalées dans la description.

Le moule a été muni de capteurs de présence (fils se mettant à la masse lors du passage du métal) pour effectuer des changements de vitesse dans la courbe pression

du four = f (temps) si l'opération de coulée est destinée à une mise au point.

L'appareil de pilotage a reçu tous les paramètres retenus (niveau de vide à atteindre, vitesses de pression dans le four en divers points de la courbe entraînant des vitesses différentes pour le front du métal, valeurs de surpression, temps de maintien, vitesse de décompression, température théorique du métal à l'entrée du moule, surface du creuset, poids et hauteur de la pièce etc...). Les Figures 4 et 6 donnent deux exemples de ces tableaux de paramètres utilisés dans une coulée sous vide pression d'un alliage d'aluminium d'une part (F4) de magnésium d'autre part (F6). Ces inscriptions figurent sur l'écran de l'appareil de pilotage 15a avant la coulée. Elles peuvent être modifiées selon les procédures classiques sur les ordinateurs. La courbe correspondant au tableau F4 est Figure 5. Celle correspondant

à F6 est Figure 7.

Les deux enceintes, celles du métal (la) et celles du moule (35) sont à la pression atmosphérique. L'enceinte moule peut-être sous atmosphère protectrice

comme indiqué précédemment.

il Le module de sécurité compris dans le bloc 28a associé à l'appareil de pilotage 15a vérifie que les conditions nécessaires au bon fonctionnement de la machine sont satisfaisantes, en particulier: * que le moule est verrouillé sur la table, * que l'étanchéité entre tube et moule est satisfaisante, * que l'injection de gaz dans le tube en cas de magnésium se fait bien,

* que le four est décomprimé, etc...

Si toutes ces conditions de sécurité sont satisfaisantes et si la température du métal et celle de la buse sont aux valeurs théoriques à la tolérance près, la coulée peut

commencer.

L'opérateur met la pompe à vide 47 en marche; les électrovannes 37 et 40 sont ouvertes par l'appareil de pilotage et les deux enceintes sont portées au niveau de

vide désiré (phases 1 et 2 de la courbe Figure 5).

Pendant cette phase qui précède le départ de l'injection de métal, l'appareil de pilotage vérifie que le fonctionnement du détecteur de niveau de métal dans le creuset est correct (l'engrenage 14a relève le secteur 13a puis il est ramené à la position de départ et on vérifie que l'indication du capteur de déplacement revient au O de départ), que le niveau de vide désiré pour les deux enceintes soit atteint. Toutes ces

conditions sont affectées d'une tolérance.

Si toutes ces conditions sont satisfaisantes, l'appareil de pilotage donne l'autorisation de couler. Au déclenchement de l'injection par l'opérateur: - la vanne 40 de mise sous vide du four se ferme, - la vanne 18a de mise en pression du four s'ouvre, - la vanne 53 d'injection de gaz dans la buse se ferme, dans le cas du magnésium,

- la vanne 42 de mise à l'air libre de la cloche se ferme.

Phase 3: l'appareil de pilotage établit dans le four une évolution de pression conforme aux paramètres qu'il a reçus pour remplir le tube. Cette vitesse est assez

rapide (20 cm/seconde environ pendant cette phase 3 de la courbe Figure 5).

Phase 4: au point bas de la buse, l'appareil fait passer à une vitesse faible (3 cm/seconde) jusqu'à l'entrée dans le moule au passage sur le capteur de température 27 a (cette phase 4 de la courbe commence à l'entrée de la buse et se

termine après le passage sur le capteur de température 27a.

Au passage le métal a été détecté par le capteur de présence de la buse 31a.

Phase 5: le métal pénètre dans le moule et i'appareil de pilotage établit dans le four une pression qui tient compte des paramètres reçus avant la coulée et des corrections que l'appareil apporte en raison: - de la hauteur du métal qui évolue dans le creuset, - et de la température du métal qui a été détectée au passage sur le

capteur 27a.

Ces corrections peuvent atteindre le même ordre de grandeur que les paramètres à respecter; elles sont donc indispensables pour permettre d'établir en chaque point du moule des conditions prédéterminées. Pendant cette phase 5 du remplissage, la vitesse évolue, dirigée par l'appareil de pilotage comme indiqué à partir de la différence de pression dans le four(capteur 30a) et dans le moule (capteur 26a). Les changements de vitesse se font à partir des capteurs de présence du moule dans le cas des coulées de mise au point ou par le temps des phases si la coulée est faite dans

des conditions automatiques, sans capteur de présence.

Phase 6: à la fmin du remplissage du moule, l'appareil de pilotage établit une surpression sur le métal selon des paramètres prédéterminés de vitesse et de temps

pour éviter la pénétration du métal entre les grains de sable (abreuvage).

Phase 7: à la fin de cet établissement de surpression qui dure en général 6 secondes, l'enceinte moule 5a est ramenée à la pression atmosphérique rapidement (2 à 3 secondes) par fermeture de la vanne 37 de vide et ouverture de la vanne 42 de mise à l'air libre et le four est mis très rapidement à une pression supérieure dépendant des applications: pression inférieure à 1 bar pour les coulées conventionnelles, - ou plus élevées jusqu'à plusieurs dizaines de bars pour des applications spéciales comme des pièces comportant des élements de matériaux composites. La pression finale dans l'enceinte moule peut être différente de

la pression atmosphérique.

Phase 8: lorsque ces pressions ont été atteintes dans les deux enceintes, l'appareil de pilotage maintient les niveaux obtenus pendant le temps de solidification de la pièce. La régulation est faite par la différence de pression entre la pression four (capteur 30a) et la pression cloche (capteur 44) car le capteur moule 26a est devenu

inopérant, l'atmosphère du moule ayant disparu.

Phase 9: au terme de la solidification, donné par l'indication temps des paramètres de la pièce ou par l'indication d'un capteur de température du métal, le four est décomprimé. Il revient à la pression atmosphérique, selon une courbe prédéterminée par action de l'appareil de pilotage sur la vanne pilotéd20a pour éviter

les turbulences provoquées par le retour du métal dans le creuset.

La pression finale du four peut être différente de la pression atmosphérique, en

particulier si on veut laisser le métal dans le haut du creuset.

Différents cas particuliers se présentent qui ont été indiqués précédemment: - Selon Figure 7 est le cycle pour alliage de magnésium avec vide de départ limité à un niveau permettant d'éviter l'émission de vapeur de magnésium. - Selon Figure 9 est le cycle sans vide sur le métal et sur le moule, c'est-à-dire la coulée basse pression conventionnelle. Le procédé apporte alors le pilotage de la courbe de coulée pour obtenir les conditions prédéterminées et dans le cas du magnésium le moule est sous la cloche 35b

de la Figure 2 pour être maintenu sous atmosphère spéciale.

Par ailleurs dans le cas du magnésium, les résistances doivent être dans des

tubes résistant à la corrosion du CO2 - SF6. Elles ne sont pas sous vide.

Quant aux isolants du four, ils sont à base de matériaux non attaqués par le

C02 - SF6.

- Selon Figure 10 est un cycle de pression avec vide mais sans surpression sur le métal après la fin du remplissage du moule. La cloche est ramenée à la pression atmosphérique et le four est porté à une pression supérieure à la pression atmosphérique en maintenant constante la différence de pression AP qui existe à la fin du remplissage du moule. Ce procédé permet de couler un moule sous vide avec masselottes ouvertes pour avoir la partie basse de la pièce se solidifiant sous pression avec alimentation venant du système de coulée et la partie haute se solidifiant sous pression atmosphérique avec

alimentation par les masselottes ouvertes à la partie supérieure.

- Selon Figure 11 est un cycle de coulée analogue mais sans vide.

Ces sept cycles dont le nombre n'est pas limitatif, ne différent donc que par la

valeur des paramètres utilisés par l'appareil de pilotage.

Celui-ci est constitué sous sa forme la plus simple par un ordinateur personnel servi par un logiciel qui permet de diriger ces cycles à partir de deux éléments indépendants des paramètres: - la hauteur du métal dans le creuset à l'origine et tout au long du cycle,

- et la température du métal à l'entrée du moule.

Le schéma de la Figure 8 représente le principe du procédé selon l'invention dans les différents cas:

- A: désigne la mesure de pression prise dans le four 1 par le capteur 30.

- B: désigne la mesure de pression prise dans le moule 5 par le capteur 26.

- C: désigne la mesure du niveau du matériau en cours de coulée dans le

creuset 3 par le capteur de mesure de hauteur 10 - 14.

- D: désigne la température de l'alliage prise à son entrée dans le moule par

le capteur 27.

Ces différentes mesures sont transmises à un étage de comparaison E de l'appareil de pilotage 15 et comparées à des paramètres de référence préalablement déterminés et inscrits dans l'appareil 15. L'appareil de pilotage 15 commande alors l'électrovanne 18 afin d'ajuster la pression dans le four 1 pour que la vitesse de coulée corresponde aux paramètres

préalablement inscrits.

Claims (1)

REVENDICATIONS 1 Procédé de coulée sous basse pression dans un moule sous vide plus particulièrement destiné à la réalisation de pièces à parties minces, essentiellement en alliages métalliques tels que ceux d'aluminium, de magnésium, de cuivre, de fer, de chrome, de nickel ou comportant des parties en fibre devant être imprégnées par le métal mais aussi des pièces en polymères organiques, le moule et le four étant mis sous un même vide, le métal étant introduit dans le moule par mise en pression du four, à la fin du remplissage le moule étant ramené à la pression atmosphérique ou différente et le four à une pression supérieure, moule et four étant ensuite maintenus à ces pressions pendant la solidification du métal puis le four étant décomprimé pour être ramené à la pression de départ, c'est-à-dire la pression atmosphérique ou une différente, caractérisé en ce que les caractéristiques d'évolution de vitesse et de pression du métal en cours de cycle sont en tout point asservies dès l'origine à des valeurs prédéterminées par l'utilisation d'un facteur indépendant de ces valeurs à savoir la hauteur du métal dans le creuset à l'origine et tout au long du cycle. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les caractéristiques d'évolution de vitesse et de pression du métal en cours de cycle sont en tout point asservies dès l'origine à des valeurs prédéterminées par l'utilisation d'un deuxième facteur indépendant de ces valeurs à savoir la température du métal à l'entrée du moule. 3. Procédé selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le moule est situé dans une enceinte différente de celle du four contenant le métal et en ce qu'on porte les deux enceintes à un même niveau de pression, positive ou négative, on établit ensuite une différence de pression entre les deux enceintes pour faire monter le métal dans le moule, on exerce une surpression après remplissage puis on amène les deux enceintes à des pressions finales o on les maintient pendant la solidification avant de les décomprimer, ces valeurs de pression, de vitesse de métal et de temps étant des paramètres prédéterminés dont les valeurs donnent à ces opérations de coulée des caractéristiques de cycles spécifiques avec ou sans vide et avec ou sans surpression. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications

1 à 3, comprenant un creuset (3a) placé dans un four étanche (la) et un moule placé sous une cloche (35), four et cloche étant reliés à une pompe à vide (47) par des canalisations munies d'électrovannes d'isolement (37 et 40), le chemin entre le métal et le moule étant constitué par un ensemble tube-buse, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur de niveau de métal dans le creuset constitué par un levier articulé (11a) portant à son extrémité un flotteur amovible (10a) réalisé avec un matériau qui n'est pas susceptible d'être attaqué par l'alliage à couler; ledit levier étant muni d'un secteur denté (13a) qui se déplace devant un système d'engrenages (14a) relié à un capteur de rotation et mis en mouvement par un moteur, le capteur de rotation envoyant ses informations à un appareil de pilotage (15a) qui calcule, par ces informations la hauteur du métal dans le creuset à l'origine et tout au long du cycle pour appliquer dans le four une évolution de pression qui donne dans le

moule les conditions de vitesse et de pression prédéterminées.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le tube et la buse forment un ensemble monobloc, la partie buse étant chauffée électriquement et régulée pour être à la température prédéterminée figurant dans les paramètres de coulée de la pièce, ladite buse étant, dans le cas du magnésium, munie d'une chambre dans laquelle est injecté un gaz protecteur pour protéger le métal situé dans la partie tube et munie à sa partie supérieure de joints d'étanchéité toriques refroidis par une chambre avec circulation d'air située à l'intérieur de la bride

supérieure de la buse.

6. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la

partie buse est munie d'un capteur pour détecter le passage du métal constitué par un tube fermé par une pastille sur laquelle est fixée l'extrémité d'un thermocouple, le tube étant muni d'une arrivée et d'une évacuation d'air pour refroidir la pastille avant départ du cycle de coulée afin qu'elle soit maintenue à une température prédéterminée, et en ce que l'appareil de pilotage (15a) assure cette régulation en contrôlant une vanne proportionnelle fixée sur l'arrivée d'air et l'appareil de pilotage analyse les informations du capteur de présence pour détecter le passage du métal par le choc thermique qu'il provoque sur la pastille portant le thermocouple.

7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que, pour le

magnésium, les résistances sont dans des tubes en acier réfractaire afin de les isoler de l'atmosphère corrosive utilisée pour le magnésium. L'intérieur des tubes est à la pression atmosphérique ou à une pression indépendante de celle du four. Le diamètre et l'épaisseur de ces tubes sont établis pour supporter à 900C les

pressions ou vides existant dans le four.

8. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé par le fait que les

isolants du four sont en matériaux ne comportant pas de produits siliceux, par

exemple des produits à base alumine, pour ne pas être détruits par le CO2 - SF6.