FR2850890A1

FR2850890A1 - Blast cleaning device for hollow casting unit e.g. engine block, of automobile, has elastic suspension system to supply mechanical power necessary to vibrate one vibrating shell, when shell is excited to resonance frequency

Info

Publication number: FR2850890A1
Application number: FR0301577A
Authority: FR
Inventors: Remi Dupuis
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2004-08-13
Anticipated expiration: 2023-02-10
Also published as: FR2850890B1

Abstract

The device has a frame supporting a vibrating shell, on which a rotating work-holding table is fixed. The shell is led from a linear flow path, and is supplied with an elastic suspension system determining a frequency of resonance equal to a frequency of work. The suspension system supplies a mechanical power necessary to vibrate the shell when the shell is excited to the resonance frequency.

Description

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La présente invention a pour objet un dispositif à dessabler les pièces de fonderie creuses. Dans ce type de pièce, les évidements intérieurs sont obtenus par des noyaux en sable qu'il convient d'éliminer avant toute phase de travail ultérieure. Les pièces typiquement concernées sont les culasses, blocs moteurs, 5 collecteurs d'admission et les traverses réalisées en aluminium pour l'industrie automobile. The present invention relates to a device for sanding hollow castings. In this type of part, the internal recesses are obtained by sand cores which should be eliminated before any subsequent working phase. The parts typically concerned are cylinder heads, engine blocks, 5 intake manifolds and sleepers made of aluminum for the automotive industry.

Dans certains procédés connus, le dessablage est assuré uniquement par martelage, l'évacuation du sable s'effectue par rotation de l'ensemble pièce et marteaux suivant un ou plusieurs axes pendant le martelage. Ces procédés sont 10 certes efficaces, mais l'intensité et la durée du martelage entraînent des dommages aux pièces traitées. Par ailleurs, ils nécessitent des appareillages complexes entraînant des cots d'investissement et de maintenance élevés. De plus, le temps de traitement est de plusieurs minutes, alors que les impératifs de la fabrication en grande série limitent la durée de l'opération de dessablage à une 15 durée voisine de 60 secondes. In certain known methods, the sand removal is ensured only by hammering, the evacuation of the sand is carried out by rotation of the part and hammer assembly along one or more axes during hammering. These methods are certainly effective, but the intensity and the duration of the hammering cause damage to the treated parts. In addition, they require complex equipment resulting in high investment and maintenance costs. In addition, the processing time is several minutes, while the requirements of mass production limit the duration of the sanding operation to a duration close to 60 seconds.

Dans d'autres types de procédés, l'opération de dessablage se décompose en une phase de martelage, pour décoller les noyaux et les briser en morceaux, suivie d'une phase de secouage par vibration pour pulvériser les noyaux et éliminer le sable résiduel. Il est parfois nécessaire d'ajouter un dispositif de 20 soufflage d'air pour favoriser le vidage du sable. Le martelage est assuré par un ou plusieurs marteaux pneumatiques munis à leur extrémité d'une pointe frappant la pièce. Ladite pièce est assujettie sur un ensemble mobile suspendu, mis en vibration soit par un système bielle-manivelle entraîné par un moteur, soit par un ou plusieurs moteurs à balourds. Ces types de procédés n'assurent pas un vidage 25 fiable et complet du sable dans les cas o la pièce à traiter comporte des formes intérieures complexes formant des poches de rétention. In other types of process, the sanding operation is broken down into a hammering phase, to peel off the cores and break them into pieces, followed by a vibration shaking phase to pulverize the cores and remove the residual sand. It is sometimes necessary to add an air blowing device to promote the emptying of the sand. The hammering is ensured by one or more pneumatic hammers provided at their end with a point striking the part. Said part is secured to a suspended mobile assembly, vibrated either by a rod-crank system driven by a motor, or by one or more unbalance motors. These types of methods do not ensure reliable and complete emptying of the sand in the cases where the part to be treated has complex internal shapes forming retention pockets.

Dans tous les cas, l'ensemble est enfermé dans une cabine d'isolation phonique pour ramener le bruit produit par les marteaux à un niveau conforme à la législation du travail. In all cases, the assembly is enclosed in a soundproofing cabin to reduce the noise produced by the hammers to a level in accordance with labor legislation.

La présente invention se propose d'apporter deux améliorations majeures au procédé de dessablage: u Diminution notable de la puissance électrique installée entraînant une diminution des cots d'investissement et de fonctionnement. - 2 The present invention proposes to make two major improvements to the desanding process: u Significant reduction in installed electrical power resulting in a reduction in investment and operating costs. - 2

o Adjonction d'une fonction de rotation de la pièce pendant la vibration, garantissant l'élimination complète du sable, y compris dans les poches de rétention. o Addition of a part rotation function during the vibration, guaranteeing the complete elimination of the sand, including in the retention pockets.

Le dispositif selon l'invention comporte un caisson animé d'une vibration linéaire 5 grâce à un mécanisme vibrateur entraîné par un moteur électrique commandé par un variateur de fréquence. Cette disposition particulière permet d'ajuster la fréquence de travail à une valeur définie, pouvant être modifiée au cours du cycle de traitement de la pièce par l'intermédiaire de l'automate programmable qui gère l'ensemble de l'installation. The device according to the invention comprises a box animated with a linear vibration 5 thanks to a vibrator mechanism driven by an electric motor controlled by a frequency converter. This particular arrangement makes it possible to adjust the working frequency to a defined value, which can be modified during the part treatment cycle by means of the programmable controller which manages the entire installation.

Le dispositif selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il comporte une suspension élastique calculée de telle sorte que la fréquence propre du système vibrant est égale ou sensiblement égale à la fréquence de travail, typiquement située entre 20 et 35 Hz selon la configuration de la pièce à traiter. Cet arrangement particulier permet de réduire considérablement la puissance 15 électrique nécessaire à la mise en vibration. En effet, le mécanisme générateur de vibration n'a pas dans ce cas un rôle de moteur, mais seulement d'excitateur à la fréquence de résonance. Dans la pratique, un moteur de 1 à 1.5Kw suffit à mettre en vibration l'ensemble chargé d'une pièce de 50kg avec une amplitude de 15 à 30mm à une fréquence de 25Hz, alors que les procédés connus nécessitent des 20 puissances largement supérieures à 5Kw pour obtenir les mêmes valeurs de vibration dans des conditions similaires. The device according to the invention is characterized in that it comprises an elastic suspension calculated so that the natural frequency of the vibrating system is equal to or substantially equal to the working frequency, typically located between 20 and 35 Hz depending on the configuration of the part to be treated. This particular arrangement makes it possible to considerably reduce the electrical power necessary for the vibration. In fact, the vibration generating mechanism does not in this case act as a motor, but only as an exciter at the resonant frequency. In practice, a motor of 1 to 1.5Kw is enough to vibrate the loaded assembly of a 50kg piece with an amplitude of 15 to 30mm at a frequency of 25Hz, while the known methods require much higher powers. at 5Kw to obtain the same vibration values under similar conditions.

L'efficacité et la rapidité du dessablage sont directement liées à l'accélération imprimée à la pièce lors de la vibration. Lors du début de la phase de vibration, les noyaux sont grossièrement fragmentés et la pièce est emplie de sable. Il est 25 avantageux à ce moment de travailler avec une grande amplitude pour fracasser les noyaux sur les parois de la pièce et évacuer une grande quantité de sable en un minimum de temps. Lors de la fin de la phase de vidage, une trop grande amplitude de vibration communique une telle énergie aux grains de sable résiduels qu'ils ne parviennent pas à s'écouler par gravité. Il est à ce moment 30 avantageux de réduire l'amplitude, et donc l'accélération sinusodale, pour leur permettre de s'évacuer. Cette variation d'amplitude en cours de travail est facilement obtenue par le dispositif selon l'invention: Lors du début de la vibration, la vitesse du moteur d'entraînement est telle que la fréquence d'oscillation est égale ou très voisine de la fréquence de résonance du système. L'amplitude de - 3- vibration est alors à son maximum. En modifiant le réglage du variateur de fréquence pendant la phase de vibration, on s'éloigne de la fréquence de résonance. L'amplitude diminue alors pour atteindre la valeur optimum désirée. On compensera également de la sorte la variation de la fréquence de résonance due 5 à la perte de masse du sable évacué. Dans la pratique et pour une pièce donnée, la vibration sera commandée par exemple à 27Hz pendant 30 secondes, puis à 22 Hz pendant les 10 dernières secondes du cycle de vibration. The efficiency and speed of the sanding are directly linked to the acceleration imparted to the part during the vibration. When the vibration phase begins, the nuclei are roughly fragmented and the part is filled with sand. It is advantageous at this time to work with a large amplitude to smash the cores on the walls of the room and remove a large amount of sand in a minimum of time. At the end of the emptying phase, too great an amplitude of vibration communicates such energy to the residual grains of sand that they fail to flow by gravity. It is then advantageous to reduce the amplitude, and therefore the sinusodal acceleration, to allow them to evacuate. This variation in amplitude during work is easily obtained by the device according to the invention: When the vibration starts, the speed of the drive motor is such that the oscillation frequency is equal to or very close to the frequency of system resonance. The amplitude of - 3 - vibration is then at its maximum. By changing the setting of the frequency converter during the vibration phase, we move away from the resonance frequency. The amplitude then decreases to reach the desired optimum value. This will also compensate for the variation in the resonant frequency due to the loss of mass of the discharged sand. In practice and for a given part, the vibration will be controlled for example at 27 Hz for 30 seconds, then at 22 Hz for the last 10 seconds of the vibration cycle.

Le dispositif selon l'invention est également caractérisé en ce qu'il comporte un porte-pièce rotatif, en ce que l'axe de rotation de ce portepièce est parallèle à 10 la direction de la vibration, et en ce que le dit porte-pièce est mis en rotation par l'intermédiaire d'un accouplement autorisant un glissement axial entre la partie entraînante et la partie entraînée. La partie entraînante est reliée à un motoréducteur d'entraînement, tandis que la partie entraînée est solidaire du portepièce. Cette disposition particulière permet de monter le moteur d'entraînement 15 sur le bâti et non sur la partie vibrante, ce qui l'isole des vibrations et garantit sa longévité. Un autre avantage de ce porte-pièce rotatif est qu'il permet d'optimiser la position de chargement en fonction de la pièce à traiter et du type de chargement utilisé, ce qui permet de soulager le travail des opérateurs. The device according to the invention is also characterized in that it comprises a rotary workpiece carrier, in that the axis of rotation of this workpiece carrier is parallel to the direction of the vibration, and in that the said carrier part is rotated by means of a coupling allowing axial sliding between the driving part and the driven part. The driving part is connected to a drive gearmotor, while the driven part is integral with the workpiece carrier. This particular arrangement makes it possible to mount the drive motor 15 on the frame and not on the vibrating part, which isolates it from vibrations and guarantees its longevity. Another advantage of this rotary workpiece holder is that it optimizes the loading position depending on the part to be treated and the type of load used, which relieves the work of operators.

Les figures en annexe illustrent un mode préférentiel de réalisation de 20 l'invention. The appended figures illustrate a preferred embodiment of the invention.

La figure 1 représente une vue de face du dispositif (flanc avant du porte-pièce enlevé), La figure 2 représente une vue de dessus du dispositif, La figure 3 représente l'ensemble porte-pièce, La figure 4 représente une vue de droite du caisson vibrant (face droite enlevée), La figure 5 représente une vue de dessus du caisson vibrant (face supérieure enlevée), La figure 6 représente une vue de face du caisson vibrant. Figure 1 shows a front view of the device (front flank of the workpiece removed), Figure 2 shows a top view of the device, Figure 3 shows the workpiece holder assembly, Figure 4 shows a right view of the vibrating box (straight face removed), FIG. 5 represents a top view of the vibrating box (upper face removed), FIG. 6 represents a front view of the vibrating box.

Le dispositif selon l'invention est constitué d'une structure vibrante en forme de caisson 1 coulissant sur un bâti 2 par l'intermédiaire d'un guidage 3. Dans le mode particulier de réalisation décrit, le guidage 3 est constitué de deux arbres 3a solidaires du caisson vibrant 1, coulissant sur des roulettes 3b montées sur le bâti. The device according to the invention consists of a vibrating structure in the form of a box 1 sliding on a frame 2 by means of a guide 3. In the particular embodiment described, the guide 3 consists of two shafts 3a integral with the vibrating box 1, sliding on rollers 3b mounted on the frame.

Dans d'autres modes de réalisation, cette fonction de guidage peut être assurée - 4 par un dispositif de guidage linéaire du commerce. La suspension élastique constituée par les ressorts 6 permet d'une part d'assurer le retour à une position neutre constante du caisson vibrant, et donc de la pièce, en fin d'opération, d'autre part d'imposer une fréquence propre choisie au système vibrant. In other embodiments, this guiding function can be provided by a commercial linear guiding device. The elastic suspension constituted by the springs 6 makes it possible on the one hand to ensure the return to a constant neutral position of the vibrating box, and therefore of the part, at the end of the operation, on the other hand to impose a chosen natural frequency to the vibrating system.

Un porte-pièce rotatif 4 o vient se loger la pièce à traiter 9. est relié à ce caisson vibrant par l'intermédiaire d'une couronne à billes ou à rouleaux 5. La pièce est immobilisée dans le porte-pièce 4 par un ou plusieurs vérins pneumatiques 10. A rotary workpiece carrier 4 o houses the workpiece 9. is connected to this vibrating box by means of a ball or roller crown 5. The workpiece is immobilized in the workpiece holder 4 by one or several pneumatic cylinders 10.

Le porte-pièce 4 est entraîné en rotation par une motorisation 7 montée sur le 10 bâti 2, par l'intermédiaire de l'accouplement 12 constitué d'un plateau moteur 12a entraînant le plateau récepteur 12b à l'aide des doigts 12c. Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, on pourra utiliser un accouplement du commerce de caractéristiques adaptées. The workpiece carrier 4 is driven in rotation by a motorization 7 mounted on the frame 2, by means of the coupling 12 consisting of a motor plate 12a driving the receiver plate 12b using the fingers 12c. In other embodiments of the invention, it is possible to use a commercial coupling with suitable characteristics.

Un ou plusieurs marteaux pneumatiques 8 montés sur un support 11 solidaire 15 du bâti 2 assurent le martelage de la pièce à travers les oue̋s 4a du porte-pièce 4. One or more pneumatic hammers 8 mounted on a support 11 integral 15 with the frame 2 ensure hammering of the part through the oue̋s 4a of the part holder 4.

En référence aux figures 4 à 6, la mise en vibration du caisson vibrant est assurée par un mécanisme générateur de vibration constitué de deux arbres contrarotatifs 12 sur lesquels sont assujetties des masses excentrées 13a et 13b. Referring to Figures 4 to 6, the vibration of the vibrating box is ensured by a vibration generating mechanism consisting of two counter-rotating shafts 12 on which are offset eccentric masses 13a and 13b.

Ces masses sont réparties de façon à ce que le centre de gravité soit aussi proche 20 que possible du plan des guidages 13, afin de ne pas générer de couple parasite selon l'axe x. Les arbres 12 sont supportés par les paliers 17 fixés sur la structure du caisson 1. Deux couples de roues dentées 14 assurent la, synchronisation des arbres 12. Cet ensemble générateur de vibration est entraîné par le moteur 15 par l'intermédiaire du pignon 16. Ce mode de réalisation du générateur de vibration 25 est particulièrement avantageux, car il assure à tout moment la parfaite synchronisation des masses excentrées quelle que soit la vitesse. De ce fait, la trajectoire du caisson vibrant reste toujours parallèle aux guidages et ceux-ci ne sont pas soumis à des efforts parasites. These masses are distributed so that the center of gravity is as close as possible to the plane of the guides 13, so as not to generate parasitic torque along the x axis. The shafts 12 are supported by the bearings 17 fixed on the structure of the box 1. Two pairs of toothed wheels 14 ensure the synchronization of the shafts 12. This vibration generator assembly is driven by the motor 15 via the pinion 16. This embodiment of the vibration generator 25 is particularly advantageous, because it ensures perfect synchronization of the eccentric masses at all times regardless of the speed. Therefore, the path of the vibrating box always remains parallel to the guides and they are not subjected to parasitic forces.

Des ressorts 6 constituant la suspension élastique relient le caisson vibrant 1 30 au bâti 2. Ces ressorts sont facilement interchangeables, pour permettre d'adapter la raideur de la suspension au type de pièce à traiter en un temps réduit. Springs 6 constituting the elastic suspension connect the vibrating box 1 30 to the frame 2. These springs are easily interchangeable, to allow the stiffness of the suspension to be adapted to the type of part to be treated in a reduced time.

Afin de diminuer l'énergie vibratoire nécessaire, la structure vibrante est allégée au maximum, par exemple réalisée en alliage d'aluminium, tandis que le bâti aura une masse suffisante pour absorber les vibrations et ne pas les transmettre à l'environnement. On pourra avantageusement installer le bâti sur des supports isolants spécialement conçus à cet usage. In order to reduce the necessary vibrational energy, the vibrating structure is lightened to the maximum, for example made of aluminum alloy, while the frame will have a mass sufficient to absorb vibrations and not to transmit them to the environment. We can advantageously install the frame on insulating supports specially designed for this purpose.

Comme dans les procédés classiques de dessablage, l'ensemble est enfermé dans un caisson d'isolation phonique. - 6 As in conventional sand removal processes, the assembly is enclosed in a sound insulation box. - 6

Claims

1. Device for sanding hollow castings, consisting of a frame supporting a vibrating box on which is fixed a rotary workpiece, 5 characterized in that the vibrating assembly is driven by a linear trajectory, and in that that it is provided with an elastic suspension determining a resonant frequency equal to or substantially equal to the working frequency, in that this vibrating assembly is excited at its resonant frequency or at a frequency close to its resonant frequency, and in that this elastic suspension provides the mechanical power necessary for the vibration.

2. Device according to claim 1, characterized in that the vibrating box is not rotary, in that the workpiece is rotary, and in that its axis of rotation is parallel to the path of the vibratory movement.

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the rotary drive motor is mounted on a non-vibrating part of the device, in that its motor axis is coincident with the axis of rotation of the workpiece carrier, and in that the connection between the motor and the workpiece holder is achieved by a rotating coupling allowing linear sliding between the driving part and the receiving part.