FR2775918A3

FR2775918A3 - Apparatus for gravity casting of metals

Info

Publication number: FR2775918A3
Application number: FR9903041A
Authority: FR
Inventors: Eliezer Yaffe
Original assignee: MATAR
Current assignee: MATAR
Priority date: 1998-03-10
Filing date: 1999-03-10
Publication date: 1999-09-17
Anticipated expiration: 2005-03-10
Also published as: DE29904270U1; IL123618A; IL123618A0; FR2775918B3

Abstract

The melt supply line (18) from the furnace (12) to the mold (16) consists of two sections (20, 22), with the first section (20) emerging from the furnace and the second section (22) emerging from the mold.

Description

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DESCRIPTIONDESCRIPTION

La présente invention concerne généralement des procédés et des appareils pour couler des alliages non-ferreux et particulièrement des procédés et des appareils pour obtenir une faible quantité de métal résiduel dans un système d'alimentation de coulée débout. $ La coulée débout est un procédé de coulée largement utilisé dans lequel du métal fondu s'écoule dans un moule par la force de la gravité sans qu'aucune pression supplémentaire ne soit appliquée. La coulée débout qui inclut la coulée en coquille est The present invention generally relates to methods and apparatuses for casting non-ferrous alloys and particularly methods and apparatuses for obtaining a small amount of residual metal in a standing casting feed system. $ Standing casting is a widely used casting process in which molten metal flows into a mold by the force of gravity without any additional pressure being applied. Standing-up casting which includes shell casting is

largement utilisée pour couler des métaux non-ferreux. widely used for casting non-ferrous metals.

Un problème associé à la coulée débout est que le métal fondu est versé dans un moule depuis un récipient, et généralement une certaine quantité de métal résiduel reste inévitablement dans le récipient. Pour certains alliages non-ferreux, ce métal résiduel One problem associated with standing casting is that molten metal is poured into a mold from a container, and usually some amount of residual metal inevitably remains in the container. For certain non-ferrous alloys, this residual metal

ne peut pas être réutilisé, ce qui engendre une perte coûteuse dans le processus de coulée. cannot be reused, which results in an expensive loss in the casting process.

Même pour les alliages dans lesquels le métal résiduel peut être réutilisé, la qualité du métal résiduel est parfois dégradée comparée au métal "vierge". Il est donc souhaitable de Even for alloys in which the residual metal can be reused, the quality of the residual metal is sometimes degraded compared to "virgin" metal. It is therefore desirable to

produire un système de coulée débout qui réduise la quantité de métal résiduel. produce a standing casting system that reduces the amount of residual metal.

La présente invention cherche à fournir des procédés et des appareils pour obtenir une faible quantité de métal résiduel dans un système d'alimentation de coulée débout. La réalisation préférée de la présente invention fournit donc un procédé de coulée débout, incluant les étapes consistant à: The present invention seeks to provide methods and apparatus for obtaining a small amount of residual metal in a standing casting feed system. The preferred embodiment of the present invention therefore provides a standing casting method, including the steps consisting in:

(a) fournir un appareil de coulée incluant un four (soit pour chauffer un métal dans celui- (a) provide a casting apparatus including an oven (either to heat a metal therein

ci, soit un "four de maintien à température élevée" pour contenir un métal fondu), un moule pour fondre le métal dans celui-ci et un conduit d'alimentation incluant une première portion s'étendant depuis le four et une seconde portion s'étendant depuis le moule, le conduit d'alimentation établissant une communication fluide entre le four et le moule; (b) fournir du métal fondu dans le four (c) incliner l'appareil de coulée de sorte que le métal fondu s'écoule à travers le conduit d'alimentation dans le four; (d) permettre au métal fondu de se solidifier dans le moule, tout en maintenant le conduit d'alimentation au moins au point de fusion du métal (e) lors de la solidification totale du métal dans le moule, refroidir la seconde portion du conduit d'alimentation à une température inférieure au point de fusion du métal, formant de ce fait une portion solide du métal dans la seconde portion, la première portion étant toujours maintenue au moins au point de fusion du métal (f) incliner l'appareil de coulée de sorte que le métal fondu restant dans la première portion se réécoule en retour dans le four; et ci, or a "high temperature holding oven" to contain a molten metal), a mold for melting the metal therein and a supply duct including a first portion extending from the oven and a second portion s 'extending from the mold, the supply duct establishing a fluid communication between the oven and the mold; (b) supplying molten metal to the furnace (c) tilting the casting apparatus so that the molten metal flows through the supply duct into the furnace; (d) allow the molten metal to solidify in the mold, while keeping the supply conduit at least at the melting point of the metal (e) during the total solidification of the metal in the mold, cool the second portion of the conduit supply at a temperature below the melting point of the metal, thereby forming a solid portion of the metal in the second portion, the first portion being always maintained at least at the melting point of the metal (f) tilt the apparatus poured so that the molten metal remaining in the first portion flows back into the oven; and

(g) retirer le métal solidifié du moule. (g) removing the solidified metal from the mold.

Conformément à une réalisation préférée de la présente invention, les étapes (c)-(g) sont répétées en utilisant le métal fondu qui s'est réécoulé en retour dans le four. Une réalisation préférée de la présente invention fournit un détecteur de température qui détecte une température du conduit d'alimentation. De préférence, le détecteur de température contrôle également le chauffage de la première portion. En outre ou de manière alternative, le détecteur de température contrôle le refroidissement de la In accordance with a preferred embodiment of the present invention, steps (c) - (g) are repeated using the molten metal which has flowed back into the furnace. A preferred embodiment of the present invention provides a temperature detector which detects a temperature of the supply duct. Preferably, the temperature detector also controls the heating of the first portion. In addition or alternatively, the temperature sensor controls the cooling of the

seconde portion.second portion.

Conformément à une autre réalisation préférée de la présente invention, les 2 5 première et seconde portions incluent des brides qui viennent en butée de manière According to another preferred embodiment of the present invention, the first and second portions include flanges which abut so

hermétique l'une contre l'autre.hermetic against each other.

Une autre réalisation préférée de la présente invention fournit un appareil Another preferred embodiment of the present invention provides an apparatus

d'inclinaison destiné à incliner le four, le conduit d'alimentation et le moule ensemble. Tilt to tilt the oven, the supply duct and the mold together.

La présente invention sera mieux comprise et appréciée grâce à la The present invention will be better understood and appreciated thanks to the

description détaillée qui suit, prise conjointement aux dessins dans lesquels: detailed description which follows, taken together with the drawings in which:

les figures 1-6 sont des illustrations simplifiées d'un procédé de coulée débout conformément à une réalisation préférée de la présente invention, dans laquelle: la figure I illustre un appareil de coulée débout, construit et fonctionnant conformément à une réalisation préférée de la présente invention, avant de verser le métal fondu d'un four dans un moule via un conduit d'alimentation; la figure 2 illustre le versement initial du métal fondu du four dans le moule la figure 3 illustre le versement complet du métal fondu du four dans le moule; la figure 4 illustre le refroidissement de la portion du conduit d'alimentation le plus proche du moule, tout en maintenant le reste du conduit d'alimentation au-dessus de la température de fusion du métal; la figure 5 illustre le reversement initial du métal fondu du moule dans le four et la figure 6 le reversement complet du métal fondu du moule dans le four et le retrait de la Figures 1-6 are simplified illustrations of a standing casting method in accordance with a preferred embodiment of the present invention, in which: Figure I illustrates a standing casting apparatus, constructed and operating in accordance with a preferred embodiment of the present invention, before pouring the molten metal from an oven into a mold via a supply duct; FIG. 2 illustrates the initial pouring of the molten metal from the furnace into the mold; FIG. 3 illustrates the complete pouring of the molten metal from the furnace into the mold; FIG. 4 illustrates the cooling of the portion of the supply duct closest to the mold, while keeping the rest of the supply duct above the melting temperature of the metal; FIG. 5 illustrates the initial pouring of the molten metal from the mold into the oven and FIG. 6 the complete pouring of the molten metal from the mold into the oven and the removal of the

partie coulée finie du moule.finished casting part of the mold.

Il est à présent fait référence aux figures 1-6 qui illustrent un procédé de Reference is now made to Figures 1-6 which illustrate a method of

coulée débout conformément à une réalisation préférée de la présente invention. standing casting in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

La figure i illustre l'appareil i0 de coulée débout construit et fonctionnant conformément à une réalisation préférée de la présente invention. L'appareil 10 inclut un four 12 qui peut être utilisé soit pour chauffer un métal 14 dans celui-ci ou en tant que Figure i illustrates the standing casting apparatus i0 constructed and operating in accordance with a preferred embodiment of the present invention. The apparatus 10 includes an oven 12 which can be used either to heat a metal 14 therein or as a

"four de maintien à température élevée" pour contenir un métal 14 dans un état fondu. "high temperature holding oven" to contain a metal 14 in a molten state.

(Dans ce dernier cas, le métal 14 est d'abord fondu dans un autre four.) Le métal 14 est de préférence un alliage non-ferreux, tel qu'un alliage d'aluminium, mais le processus de (In the latter case, the metal 14 is first melted in another furnace.) The metal 14 is preferably a non-ferrous alloy, such as an aluminum alloy, but the process of

la présente invention est également applicable à des métaux ferreux. the present invention is also applicable to ferrous metals.

Un moule à gravité 16 est fourni pour fondre le métal 14 dans celui-ci. Le moule 16 peut être un moule de coulée en coquille ou un moule permanent, et est de préférence fabriqué à partir d'alliage d'acier. Un conduit d'alimentation 18 connecte le moule 16 au four 12. Le conduit d'alimentation 18 inclut de préférence une première portion 20 s'étendant depuis le four 12 et une seconde portion 22 s'étendant depuis le moule 16. Le conduit d'alimentation 18 établit ainsi une communication fluide entre le four 12 et le moule 16. De préférence, les première et seconde portions 20 et 22 incluent des brides 24 et 26, respectivement, qui viennent en butée de manière hermétique l'une A gravity mold 16 is provided to melt the metal 14 therein. The mold 16 can be a shell casting mold or a permanent mold, and is preferably made from a steel alloy. A supply duct 18 connects the mold 16 to the furnace 12. The supply duct 18 preferably includes a first portion 20 extending from the furnace 12 and a second portion 22 extending from the mold 16. The duct d the feed 18 thus establishes a fluid communication between the furnace 12 and the mold 16. Preferably, the first and second portions 20 and 22 include flanges 24 and 26, respectively, which come into abutment hermetically one

contre l'autre.against each other.

Un élément de chauffage 28 est fourni à proximité suffisante du conduit d'alimentation 18 pour chauffer la première portion 20. Dans la réalisation illustrée, l'élément de chauffage 28 est un appareil de chauffage à bobine électrique enroulé autour de la première portion 20. Toutefois, il est apprécié que l'élément de chauffage 28 peut A heating element 28 is provided in sufficient proximity to the supply conduit 18 to heat the first portion 20. In the illustrated embodiment, the heating element 28 is an electric coil heater wound around the first portion 20. However, it is appreciated that the heating element 28 can

être toute autre sorte d'appareil de chauffage, tel qu'un élément de chauffage radiant. be any other kind of heater, such as a radiant heater.

Un élément de refroidissement 30 est foumrni proximité suffisante du conduit d'alimentation 18 pour refroidir la seconde portion 22. L'élément de refroidissement 30 peut être une bobine réfrigérante disposée autour de la seconde portion 22. De manière alternative, ileiement de refroidissement 30 peut être un élément de refroidissement thermoélectrique (effet Peltier). il est sous-entendu que tous autres types A cooling element 30 is provided in sufficient proximity to the supply duct 18 to cool the second portion 22. The cooling element 30 can be a cooling coil arranged around the second portion 22. Alternatively, the cooling element 30 can be a thermoelectric cooling element (Peltier effect). it is understood that all other types

3 5 d'élément de refroidissement peuvent être employés. 3 5 of cooling element can be used.

De préférence, un détecteur de température est fourni pour détecter une température du conduit d'alimentation i8. De préférence encore, un premier détecteur de température 32 est fourni pour détecter la température de la première portion 20 et un second détecteur de température 34 est fourni pour détecter la température de la seconde portion 22. Les détecteurs de température 32 et 34 sont de préférence connectés à un contrôleur de température (non représenté), de sorte que le détecteur de température 32 contrôle le chauffage de la première portion 20 et le détecteur de température 34 contrôle Preferably, a temperature detector is provided to detect a temperature of the supply conduit i8. More preferably, a first temperature detector 32 is provided to detect the temperature of the first portion 20 and a second temperature detector 34 is provided to detect the temperature of the second portion 22. The temperature detectors 32 and 34 are preferably connected to a temperature controller (not shown), so that the temperature detector 32 controls the heating of the first portion 20 and the temperature detector 34 controls

S le refroidissement de la seconde portion 22. S cooling of the second portion 22.

Un appareil d'inclinaison 36, représenté schématiquement sur la figure 1, est de préférence fourni pour incliner le four 12, le conduit d'alimentation 18 et le moule 16 ensemble. L'appareil d'inclinaison 36 comprend traditionnellement une structure de montage destinée à monter l'appareil 10 sur celle-ci et un servomoteur destiné à contrôler l'inclinaison de l'appareil 10 (aucun des deux n'est représenté). Cette structure est bien connue des personnes connaissant l'état de la technique de la conception mécanique et A tilting apparatus 36, shown schematically in Figure 1, is preferably provided to tilt the furnace 12, the supply duct 18 and the mold 16 together. The tilting apparatus 36 traditionally comprises a mounting structure intended to mount the apparatus 10 thereon and a servomotor intended to control the inclination of the apparatus 10 (neither is shown). This structure is well known to people who know the state of the art of mechanical design and

toute description supplémentaire est inutile. any further description is unnecessary.

La figure 1 illustre le chauffage du métal 14 dans le four 12jusqu'à ce que le métal 14 soit fondu, avant de verser le métal 14 du four 12 dans le moule 16 via le FIG. 1 illustrates the heating of the metal 14 in the oven 12 until the metal 14 is melted, before pouring the metal 14 from the oven 12 into the mold 16 via the

conduit d'alimentation 18.supply line 18.

Sur la figure 2, l'appareil 10 est incliné de sorte que le métal fondu 14 In Figure 2, the apparatus 10 is tilted so that the molten metal 14

commence à s'écouler à travers le conduit d'alimentation 18 dans le moule 16. begins to flow through the supply conduit 18 into the mold 16.

Sur la figure 3, le métal fondu 14 a rempli le moule 16. A ce stade, tandis que le métal fondu 14 commence à se solidifier dans le moule 16, le conduit d'alimentation 18 est maintenu par l'élément de chauffage 28 au moins au point de fusion du métal 14. L'élément de refroidissement 30 n'est pas encore activé. Pour une question de clarté, desjauges de température 38 et 40 sont représentées connectées aux première et seconde portions 20 et 22 respectivement, pour indiquer les températures de celles-ci. Les jauges de température 38 et 40 peuvent faire partie du contrôleur de température utilisé conjointement aux détecteurs de température 32 et 34. La lettre "M" sur lesjauges de température 38 et 40 indique la température de fusion du métal 14. Pour des besoins illustratifs uniquement, pour l'alliage de fonderie d'aluminium A356.0 qui contient environ 7% de silicium et 0,3% de magnésium, la gamme de température solide est d'environ 555-615 C. Dans ce cas, le métal doit être maintenu au dessus de 615 C lorsque l'on souhaite maintenir le métal dans un état fondu, alors que le métal doit être In FIG. 3, the molten metal 14 has filled the mold 16. At this stage, while the molten metal 14 begins to solidify in the mold 16, the supply duct 18 is held by the heating element 28 at less at the melting point of the metal 14. The cooling element 30 is not yet activated. For the sake of clarity, temperature gauges 38 and 40 are shown connected to the first and second portions 20 and 22 respectively, to indicate the temperatures thereof. The temperature gauges 38 and 40 can be part of the temperature controller used in conjunction with the temperature detectors 32 and 34. The letter "M" on the temperature gauges 38 and 40 indicates the melting temperature of the metal 14. For illustrative purposes only , for the aluminum foundry alloy A356.0 which contains approximately 7% silicon and 0.3% magnesium, the solid temperature range is approximately 555-615 C. In this case, the metal must be maintained above 615 C when it is desired to maintain the metal in a molten state, while the metal must be

refroidi à au moins 555 C environ lorsque l'on souhaite solidifier le métal. cooled to at least about 555 C when it is desired to solidify the metal.

Sur la figure 4, lors de la solidification totale du métal 14 dans le moule 16, la seconde portion 22 du conduit d'alimentation 18 est refroidie par l'élément de refroidissement 30 à une température inférieure au point de fusion du métal 14, formant 3 5 de ce fait une portion solide 42 de métal 14 dans la seconde portion 22, la première portion 20 étant toujours maintenue au moins au point de fusion du métal 14. L'élément de refroidissement 30 est de préférence placé aussi près que possible de l'entrée du moule 16 de manière à minimiser la taille de la portion solide 42 qui se solidifie dans la seconde In FIG. 4, during the total solidification of the metal 14 in the mold 16, the second portion 22 of the supply duct 18 is cooled by the cooling element 30 to a temperature below the melting point of the metal 14, forming 3 5 thereby a solid portion 42 of metal 14 in the second portion 22, the first portion 20 being always maintained at least at the melting point of the metal 14. The cooling element 30 is preferably placed as close as possible to the entrance to the mold 16 so as to minimize the size of the solid portion 42 which solidifies in the second

portion 22.portion 22.

Sur la figure 5, l'appareil de coulée 10 est incliné de sorte que le métal fondu 14 restant dans la première portion 20 commence à se réécouler en retour dans le four 12. Sur la figure 6, une partie coulée finie 44 est retirée du moule 16. Le processus de coulée peut alors être répété en utilisant le métal fondu 14 qui s'est réécoulé dans le four 12. Il est noté que dans le processus de la présente invention, le métal fondu 14 peut être facilement conservé dans un environnement contrôlé et distance de l'air In FIG. 5, the casting apparatus 10 is inclined so that the molten metal 14 remaining in the first portion 20 begins to flow back into the furnace 12. In FIG. 6, a finished casting part 44 is removed from the mold 16. The casting process can then be repeated using the molten metal 14 which has flowed back into the furnace 12. It is noted that in the process of the present invention, the molten metal 14 can be easily stored in an environment controlled and air distance

extérieur, si on le souhaite.outside, if desired.

Les personnes connaissant l'état de la technique apprécieront que la Those familiar with the state of the art will appreciate that the

présente invention n'est pas limitée par ce qui a été particulièrement représenté et décrit ci- present invention is not limited by what has been particularly shown and described below.

dessus. Le champ de la présente invention inclut plutôt les deux combinaisons et sous- above. The scope of the present invention rather includes both combinations and sub-

combinaisons des caractéristiques décrites ci-dessus ainsi que les modifications et variations de celles-ci auxquelles pourraient penser les personnes connaissant l'état de la combinations of the features described above as well as modifications and variations thereof that people with knowledge of the condition might think

technique en lisant la présente description et qui ne font pas partie de l'art antérieur. reading this description and which are not part of the prior art.

Claims

1. Apparatus (10) for standing casting, comprising: - an oven (12); and a mold (16) for molding a metal (14) therein characterized by a supply duct (18) comprising a first portion (20) extending from said furnace (12) and a second portion (22) extending from said mold (16), said supply conduit (18) establishing a fluid communication between said oven (12) and said mold (16); and - a heating element (28) in sufficient proximity to said supply duct (18)

for heating said first portion (20) of said supply conduit (18).

2. Apparatus (10) according to claim 1, also comprising a cooling element (30) in sufficient proximity to said supply conduit (18)

to cool said second portion (22) of said supply conduit (18).

3. Apparatus (10) according to claim 1 or 2, also comprising a temperature detector (32,34) which detects a temperature of said supply duct (18).

4. Apparatus (10) according to claim 3, wherein said detector of

temperature (32) also controls the heating of said first portion (20).

5. Apparatus (10) according to claim 3, wherein said detector of

temperature (34) also controls the cooling of said second portion (22).

6. Apparatus according to one of the preceding claims, in which

said first and second portions (20, 22) include flanges (24, 26) which

2 5 abuts hermetically against each other.

7. Apparatus according to one of the preceding claims, comprising

also a tilting device (36) for tilting said oven (12), said duct

supply (18) and said mold (16) together.

8. A standing casting method, comprising the steps of: (a) providing a casting apparatus (10) including an oven (12), a mold (16) for melting the metal (14) therein and a conduit supply (18) comprising a first portion (20) extending from said furnace (12) and a second portion (22) extending from said mold (16), said supply duct (18) establishing communication fluid between said oven (12) and said mold (16): (b) providing said metal (14) in a molten state in said oven (12); (c) tilting said casting apparatus so that said molten metal (14) flows through said supply conduit (18) into said mold (16); (d) allowing said molten metal (14) to solidify in said mold (16), while maintaining said supply conduit (18) at least at the melting point of said metal (14); (e) during the total solidification of said metal (14) in said mold (16), cooling said second portion (22) of said supply conduit (18) to a temperature below the melting point of the metal (14), forming thereby a solid portion of said metal (14) in said second portion (22), said first portion (20) being always maintained at least at the melting point of said metal (14); (f) tilting said casting apparatus so that said molten metal (14) remaining in said first portion (20) flows back into said furnace (12); and

(g) removing said solidified metal (14) from said mold (16).

9. The method of claim 8, and also comprising repeating the

steps (c) - (g) using said metal (14) which has flowed back into said oven (12).