FR3088025A1 - DEVICE AND METHOD FOR MONITORING ALTERNATE FLOWS OF LIQUID AND GAS IN A TOOL COOLING MACHINE - Google Patents
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Abstract
Système de refroidissement pour machine de coulée (40), notamment pour le refroidissement dirigé de moules permanents dans une machine de moulage par injection, ledit système comprenant : - une pluralité de doigts de refroidissement (1) en contact avec un moule (42) de ladite machine de moulage, - une machine de refroidissement (30) capable d'injecter dans lesdits doigts de refroidissement alternativement un fluide caloporteur et un gaz sous pression pour éliminer ledit fluide caloporteur dudit doigt de refroidissement, caractérisé en ce que ledit système de refroidissement comprend une pluralité d'éléments (101-108) dits de mesure de débit, chaque élément de mesure de débit étant apte à mesurer un paramètre représentatif du débit de fluide caloporteur injecté dans un doigt de refroidissement respectif.Cooling system for a casting machine (40), in particular for the directed cooling of permanent molds in an injection molding machine, said system comprising: - a plurality of cooling fingers (1) in contact with a mold (42) of said molding machine, - a cooling machine (30) capable of injecting alternately into said cooling fingers a heat transfer fluid and a pressurized gas to remove said heat transfer fluid from said cooling finger, characterized in that said cooling system comprises a plurality of elements (101-108) called flow measurement, each flow measurement element being able to measure a parameter representative of the flow of heat transfer fluid injected into a respective cooling finger.
Description
DISPOSITIF ET PROCEDE POUR SURVEILLER DES FLUX ALTERNES DE LIQUIDE ET DE GAZ DANS UNE MACHINE DE REFROIDISSEMENT D’OUTILLAGESDEVICE AND METHOD FOR MONITORING ALTERNATE FLOWS OF LIQUID AND GAS IN A TOOL COOLING MACHINE
Domaine technique de l’inventionTechnical field of the invention
L’invention appartient au domaine du génie des procédés industriels, et plus particulièrement au domaine du moulage, qui implique le refroidissement de matière à l’état de fusion dans un outillage comprenant un moule permanent. Cette matière à l’état de fusion peut être un métal ou un matériau polymère. Plus précisément, l’invention concerne le refroidissement de l’outillage de coulée et de la matière à l’état de fusion après l’introduction de cette dernière dans un moule métallique. Elle s’applique notamment au moulage par injection, à haute pression ou à basse pression, et au moulage par gravité.The invention belongs to the field of industrial process engineering, and more particularly to the field of molding, which involves the cooling of material in the molten state in a tool comprising a permanent mold. This molten material may be a metal or a polymeric material. More specifically, the invention relates to the cooling of the casting equipment and of the material in the molten state after the introduction of the latter into a metal mold. It is particularly applicable to injection molding, high pressure or low pressure, and gravity molding.
L’invention concerne également le domaine du contrôle et de la mesure du débit dans des installations industrielles dans lesquelles un même conduit peut être parcouru alternativement par un flux de liquide et par un flux de gaz, et pour lequel on souhaite pouvoir mesurer de manière précise le débit de liquide sur sensiblement toute la durée de la période de circulation dudit flux de liquide.The invention also relates to the field of control and measurement of flow in industrial installations in which the same conduit can be traversed alternately by a flow of liquid and by a flow of gas, and for which it is desired to be able to measure precisely. the flow of liquid over substantially the entire duration of the period of circulation of said flow of liquid.
Etat de la techniqueState of the art
On connaît des outillages industriels refroidis ou chauffés à l’aide d’un liquide caloporteur circulant dans des conduits aménagés dans ledit outillage ou dans un de ses composants. Le flux de ce liquide caloporteur peut ne pas être continu mais à débit variable ou même intermittent, en fonction des étapes du cycle de production de l’outillage. En particulier il peut être souhaitable d’interrompre le flux de liquide caloporteur pendant l’exécution d’une certaine étape, voire même de chasser le liquide caloporteur desdits conduits par l’injection d’un gaz.Industrial tools are known which are cooled or heated using a heat transfer liquid circulating in conduits provided in said tool or in one of its components. The flow of this heat transfer liquid may not be continuous but at variable or even intermittent flow, depending on the stages of the tooling production cycle. In particular it may be desirable to interrupt the flow of heat transfer liquid during the execution of a certain step, or even to expel the heat transfer liquid from said conduits by injecting a gas.
Cette question se pose par exemple dans le domaine de la fonderie, pour refroidir les moules permanents d’une machine de moulage à injection, ou pour refroidir dans un tel moule permanent de manière sélective les noyaux en contact avec la matière à l’état liquide.This question arises for example in the field of foundry, for cooling the permanent molds of an injection molding machine, or for cooling in such a permanent mold selectively the cores in contact with the material in the liquid state. .
Le moulage est une technique métallurgique de mise en forme très ancienne. Aujourd’hui le procédé de moulage par injection dans un moule permanent est largement utilisé pour fabriquer des pièces de forme complexe en grande série. On produit ainsi par moulage en moules métalliques des pièces en divers alliages légers destinées au secteur de l’automobile, tel que des culasses et des carters ; on produit également des pièces de forme complexes pour l’industrie aéronautique et pour le génie mécanique, telles que des pièces de structure, des échangeurs de chaleur, des pièces de raccord mécanique ou fluidique. En dehors des alliages dits légers (aluminium, aluminium-silicium, magnésium) les alliages-non ferreux mis en forme par moulage par injection sont notamment des alliages de cuivre et des alliages de zinc. Dans le domaine des métaux ferreux on connaît notamment le moulage de la fonte.Molding is a very old metallurgical shaping technique. Today the process of injection molding in a permanent mold is widely used to manufacture parts of complex shape in large series. Parts of various light alloys intended for the automotive sector are produced by molding in metal molds, such as cylinder heads and casings; we also produce complex shaped parts for the aeronautical industry and for mechanical engineering, such as structural parts, heat exchangers, mechanical or fluidic connection parts. Apart from so-called light alloys (aluminum, aluminum-silicon, magnesium), the non-ferrous alloys formed by injection molding are in particular copper alloys and zinc alloys. In the field of ferrous metals, the molding of cast iron is known in particular.
Les moules permanents présentent en règle générale au moins deux parties, appelées coquilles, qui, en se fermant l’une sur l’autre, définissent la forme externe de la pièce moulée ; elles peuvent comprendre des noyaux, qui peuvent être fixes ou mobiles, pour former des orifices ou des dépressions dans la pièce. L’épaisseur de paroi des pièces moulées complexes peut varier de manière significative d’un endroit à l’autre. Puisque la chaleur latente de solidification est extraite par le moule, la vitesse de refroidissement locale dépend de l’épaisseur de la pièce. La vitesse de refroidissement influe sur la structure métallurgique au sein de la pièce moulée, à la fois sur la macro-ségrégation, sur la micro-ségrégation et sur la précipitation. Il s’ensuit que les caractéristiques mécaniques du matériau de la pièce moulée peuvent varier d’un endroit à l’autre, en fonction de la vitesse de refroidissement locale. Cela peut limiter la performance des pièces moulées, dans la mesure où le concepteur ne peut pas tirer pleinement profit des possibilités de l’alliage avec lequel il conçoit la pièce moulée. Cela complique également la modélisation des pièces moulées lors de leur conception. Et enfin, cela augmente le risque d’apparition de défauts dans des zones critiques de la pièce : ces défauts peuvent notamment être des retassures ou des porosités.Permanent molds generally have at least two parts, called shells, which, by closing one over the other, define the external shape of the molded part; they can include cores, which can be fixed or mobile, to form orifices or depressions in the room. The wall thickness of complex moldings can vary significantly from place to place. Since the latent heat of solidification is extracted by the mold, the local cooling rate depends on the thickness of the part. The cooling rate influences the metallurgical structure within the molded part, both on macro-segregation, on micro-segregation and on precipitation. It follows that the mechanical characteristics of the material of the molded part can vary from one place to another, depending on the local cooling rate. This can limit the performance of the molded parts, as the designer cannot take full advantage of the possibilities of the alloy with which he designs the molded part. This also complicates the modeling of molded parts during their design. And finally, this increases the risk of faults appearing in critical areas of the room: these faults can in particular be shrinkage or porosity.
Pour pallier ce problème l’homme de métier utilise depuis des décennies des techniques de refroidissement local (appelé aussi « refroidissement dirigé >>) du moule, à l’aide d’inserts refroidis, et en particulier des noyaux refroidis. Plus précisément, pour le moulage de pièces de forme complexe, telles qu’une culasse, le moule peut comprendre un ou plusieurs noyaux refroidis en contact avec le métal liquide, et/ou plusieurs corps tubulaires borgnes (que l’homme du métier appelle en anglais « core pin », ou, en français, « broche >>, et qui sera appelé ici « doigt de refroidissement >>) en contact avec le métal liquide dans lesquels circule un fluide caloporteur. Ainsi on peut, de manière localisée, contrôler et augmenter la vitesse de refroidissement du métal liquide et en cours de solidification. L’augmentation de la vitesse de refroidissement influe sur la structure métallurgique du produit, qu’il s’agisse de la macro-ségrégation, de la microségrégation ou de la précipitation après solidification. Une de ces techniques est connue sous le nom de « jet cooling >>To overcome this problem, those skilled in the art have been using local cooling techniques (also called "directed cooling") of the mold for decades, using cooled inserts, and in particular cooled cores. More specifically, for the molding of parts of complex shape, such as a cylinder head, the mold may comprise one or more cooled cores in contact with the liquid metal, and / or several blind tubular bodies (which a person skilled in the art calls English "core pin", or, in French, "pin", which will be called here "cooling finger") in contact with the liquid metal in which a heat transfer fluid circulates. Thus it is possible, locally, to control and increase the cooling rate of the liquid metal and during solidification. The increase in the cooling rate influences the metallurgical structure of the product, whether it is macro-segregation, micro-segregation or precipitation after solidification. One of these techniques is known as "jet cooling"
Ce refroidissement peut être continu ou non. Il est le plus souvent discontinu et synchronisé avec le cycle de production de la machine de moulage. La demanderesse commercialise des dispositifs de refroidissement par jet cooling dans lesquelles on injecte d’abord à travers une première entrée une quantité d’eau dans le corps tubulaire du doigt de refroidissemement relié à un répartiteur. L’eau résiduelle et la vapeur d’eau éventuellement formée sont chassées ensuite par un jet d’air injecté à travers une deuxième entrée sur le répartiteur avant l’arrivée du métal liquide dans le moule, afin d’éviter tout risque d’explosion en cas de contact direct entre l’eau et le métal liquide si le doigt de refroidissement est percé. Ce cycle (appelé ici cycle de refroidissement évacuation) peut être répété plusieurs fois pour chaque cycle de moulage.This cooling can be continuous or not. It is most often discontinuous and synchronized with the production cycle of the molding machine. The Applicant markets jet cooling devices in which a quantity of water is first injected through a first inlet into the tubular body of the cooling finger connected to a distributor. The residual water and the water vapor that may be formed are then expelled by an air jet injected through a second inlet on the distributor before the liquid metal enters the mold, in order to avoid any risk of explosion. in case of direct contact between water and liquid metal if the cooling finger is pierced. This cycle (here called evacuation cooling cycle) can be repeated several times for each molding cycle.
Le doigt de refroidissement est en alliage métallique qui résiste au contact avec le matériau fondu ; sa durée de vie est cependant limitée. Compte tenu du risque de percement par l’usure, on vérifie l’étanchéité du système après chaque cycle de moulage.The cooling finger is made of a metal alloy which resists contact with the molten material; its lifespan is however limited. Given the risk of puncture by wear, the system is checked for leaks after each molding cycle.
Plusieurs doigts de refroidissement peuvent être déployés au sein d'une même coquille. Cela augmente le nombre de degrés de liberté du concepteur de pièces mais peut entraîner un certain encombrement des abords de la coquille par des conduits d’eau et d’air.Several cooling fingers can be deployed within the same shell. This increases the number of degrees of freedom for the parts designer, but can cause some congestion around the shell with water and air ducts.
Le jet cooling est devenu une technique de référence, qui a permis d’améliorer la qualité du procédé de moulage par injection, de diminuer le taux de rebut, de prolonger la durée de vie des pièces moulées et des noyaux, tout en diminuant le temps du cycle de moulage. Typiquement les moules qui mettent en oeuvre le refroidissement dirigé comportent plusieurs doigts de refroidissement, qui sont alimentés par l’intermédiaire d’un boîtier de distribution unique. Ce boîtier peut être fixé sur une coquille du moule. Il reste ainsi solidaire de la coquille, et les tuyaux qui le relient aux doigts de refroidissement restent en place ; cela évite de devoir installer les connexions fluidiques au niveau de chaque doigt de refroidissement lors d’un changement de moule.Jet cooling has become a benchmark technique, which has made it possible to improve the quality of the injection molding process, to reduce the rate of scrap, to extend the life of molded parts and cores, while reducing the time of the molding cycle. Typically the molds which use directed cooling have several cooling fingers, which are supplied via a single distribution box. This housing can be fixed on a mold shell. It thus remains integral with the shell, and the pipes which connect it to the cooling fingers remain in place; this avoids having to install the fluidic connections at the level of each cooling finger during a mold change.
Sur le plan thermique le cycle de moulage à injection ne conduit pas à un état stationnaire : il comprend une phase d’injection de matière à l’état de fusion, suivi d’une phase de solidification de la matière injectée, au cours de laquelle se produit un important transfert de chaleur de ladite matière vers la coquille, puis enfin une phase d’ouverture du moule pour décharger la pièce et éventuellement nettoyer la surface du moule ; après le nettoyage un traitement de surface peut être appliqué par aspersion avec un agent de séparation (poteyage). Il convient de souligner que la solidification de la matière fondue est une transition de phase accompagnée d’un flux enthalpique significatif. En tenant compte de tous ces paramètres, on constate que la thermique du moule peut être modifiée par une évolution ou une modification des paramètres globaux, telle que le temps de cycle de la coquille, la température du métal liquide, la température externe dans l’atelier, la température de l’eau injectée dans le doigt. Par ailleurs, la calibration du procédé de jet cooling peut être différente pour chaque forme de pièce et pour chaque endroit de la pièce, et elle dépend fortement de l’alliage utilisé. Il existe des modèles numériques pour simuler la distribution de température au sein de la pièce moulée ; ces modèles peuvent aider le concepteur du procédé lorsqu’il détermine la séquence de refroidissement par jet cooling.On the thermal level, the injection molding cycle does not lead to a stationary state: it includes a phase of injection of material in the molten state, followed by a phase of solidification of the injected material, during which there is a significant transfer of heat from said material to the shell, then finally an opening phase of the mold to discharge the part and possibly clean the surface of the mold; after cleaning, a surface treatment can be applied by spraying with a separating agent (coating). It should be emphasized that solidification of the molten material is a phase transition accompanied by a significant enthalpy flow. Taking into account all these parameters, we note that the thermal of the mold can be modified by an evolution or a modification of the global parameters, such as the cycle time of the shell, the temperature of the liquid metal, the external temperature in the workshop, the temperature of the water injected into the finger. Furthermore, the calibration of the jet cooling process can be different for each shape of part and for each location of the part, and it strongly depends on the alloy used. There are numerical models to simulate the temperature distribution within the molded part; these models can assist the process designer when determining the jet cooling sequence.
Il s’ensuit qu’il est souhaitable de pouvoir contrôler au mieux les paramètres du refroidissement dirigé par jet cooling, et cela pour chaque circuit de refroidissement local. En effet, les moules peuvent comporter plusieurs conduits dans lesquels circule un liquide caloporteur, dont il faut contrôler et mesurer le débit, la pression et la durée d’injection. En règle générale, on chasse le liquide caloporteur et sa vapeur en fin de cycle de refroidissement local, et on effectue un test d’étanchéité du système avant d’introduire du métal liquide dans le moule; ces deux opérations peuvent se faire par injection d’air dans le conduit. En effet, si le système n’est pas étanche et du liquide caloporteur entre en contact avec le métal liquide, cette situation présente un risque d’explosion qu’il faut éviter.It follows that it is desirable to be able to best control the parameters of directed cooling by jet cooling, and this for each local cooling circuit. In fact, the molds can have several conduits in which a heat transfer liquid circulates, the flow rate, pressure and duration of injection of which must be controlled and measured. As a general rule, the heat transfer liquid and its vapor are removed at the end of the local cooling cycle, and a leakage test of the system is carried out before introducing liquid metal into the mold; these two operations can be done by injecting air into the duct. Indeed, if the system is not waterproof and coolant comes into contact with the liquid metal, this situation presents a risk of explosion which must be avoided.
Des machines de refroidissement pour moulage à injection sont proposées par plusieurs fabricants, notamment Lethiguel et Ahresty. Les machines de Lethiguel possèdent en général un réservoir de liquide caloporteur thermostaté qui alimente plusieurs circuits de liquide caloporteur, chaque circuit comprenant au moins un doigt de refroidissement ; dans les machines les plus récentes ce liquide tourne en circuit fermé. Il est injecté dans le circuit du doigt de refroidissement, pendant une certaine durée et avec un débit et une pression prédéterminés, puis chassé par un jet de gaz ; le liquide caloporteur est récupéré et retourne dans le réservoir thermostaté. Pour chaque circuit la durée d’injection par cycle de refroidissement - évacuation est programmable individuellement.Cooling machines for injection molding are offered by several manufacturers, including Lethiguel and Ahresty. Lethiguel's machines generally have a thermostatically controlled coolant tank which supplies several circuits of coolant, each circuit comprising at least one cooling finger; in the most recent machines this liquid turns in closed circuit. It is injected into the circuit of the cooling finger, for a certain duration and with a predetermined flow and pressure, then expelled by a jet of gas; the heat transfer liquid is collected and returned to the thermostatically controlled tank. For each circuit, the injection time per cooling - evacuation cycle is individually programmable.
Cependant, les machines existantes ne permettent pas l’acquisition électronique des données. Ces machines donnent satisfaction, mais il serait désirable de les améliorer pour permettre aux concepteurs de pièces de fonderies de tirer pleinement profit du potentiel métallurgique de leurs alliages et procédés, tout en garantissant la qualité des pièces moulées et la répétabilité des procédés.However, existing machines do not allow electronic data acquisition. These machines are satisfactory, but it would be desirable to improve them to allow designers of foundry parts to take full advantage of the metallurgical potential of their alloys and processes, while guaranteeing the quality of the molded parts and the repeatability of the processes.
Une première amélioration est liée au contrôle de l’injection du liquide caloporteur. L’injection du liquide caloporteur se fait sous haute pression, typiquement de quelques bar à quelques dizaines de bar. Dans le but de mieux contrôler le cycle de refroidissement localisé du moule, il est désirable de connaître avec précision la quantité de liquide caloporteur injecté dans le doigt de refroidissement, par exemple au cours d’un cycle de refroidissement ou au cours d’un cycle de moulage, et de préférence en fonction du temps, par exemple pour pouvoir déterminer l’énergie totale absorbée par le fluide caloporteur. Un tel contrôle permettrait, d’une part, d’assurer la reproductibilité du procédé de refroidissement pour chaque pièce d’une campagne de production, et, d’autre part, de définir les paramètres du procédé de refroidissement dirigé lors du développement du cycle de coulée. S’il serait désirable de disposer d’une machine de refroidissement instrumentée qui comporte pour chaque circuit de fluide les capteurs nécessaires pour obtenir les informations souhaitées, il faudrait cependant veiller à ce qu’un tel dispositif se soit pas trop coûteux, et ne présenterait pas une complexité constructive et d’utilisation incompatible avec les contraintes d’un atelier de fonderie industriel.A first improvement is linked to the control of the injection of the heat transfer liquid. The heat transfer liquid is injected under high pressure, typically from a few bars to a few tens of bars. In order to better control the localized cooling cycle of the mold, it is desirable to know precisely the amount of heat transfer liquid injected into the cooling finger, for example during a cooling cycle or during a cycle molding, and preferably as a function of time, for example to be able to determine the total energy absorbed by the heat transfer fluid. Such a control would, on the one hand, ensure the reproducibility of the cooling process for each part of a production campaign, and, on the other hand, define the parameters of the cooling process directed during the development of the cycle of casting. If it would be desirable to have an instrumented cooling machine which includes for each fluid circuit the sensors necessary to obtain the desired information, it would however be necessary to ensure that such a device is not too expensive, and would not present not a constructive complexity and use incompatible with the constraints of an industrial foundry workshop.
Un autre problème posé par les systèmes selon l’état de la technique est lié à l’encrassement des circuits de liquide caloporteur : le contrôle de leur débit est perturbé par leur encrassement. C’est un phénomène lent ; on observe à longue échelle un encrassement des différents éléments des circuits de liquide caloporteur qui est susceptible de diminuer le débit, à pression égale. Il serait souhaitable de pouvoir détecter et suivre cette lente dérive afin de procéder à une opération de maintenance préventive, qui devrait intervenir de préférence au bon moment, c’est-à-dire ni trop tôt ni trop tard.Another problem posed by the systems according to the prior art is related to fouling of the heat transfer liquid circuits: the control of their flow is disturbed by their fouling. It’s a slow phenomenon; there is a long-term fouling of the various elements of the heat transfer liquid circuits which is capable of reducing the flow rate, at equal pressure. It would be desirable to be able to detect and follow this slow drift in order to carry out a preventive maintenance operation, which should preferably take place at the right time, that is to say, neither too early nor too late.
Une autre difficulté est liée à l’interchangeabilité de différents types de machines de refroidissement, provenant possiblement de différents fabricants. En fonction des besoins des campagnes de production les techniciens d’atelier de fonderie doivent pouvoir amener une machine de refroidissement disponible près la machine de coulée sans devoir se soucier de sa compatibilité avec la machine de coulée et avec d’éventuels organes de distribution des doigts de refroidissement restés en place sur la coquille du moule. Il est donc souhaitable de pouvoir utiliser avec une même machine de coulée différents types de machines de refroidissement et organes de distribution. Pour cela, ces machines doivent être interchangeables, et en particulier l’ensemble de leurs raccords fluidiques et électriques doivent être compatibles avec ceux de la machine de coulée et des organes de distribution.Another difficulty is related to the interchangeability of different types of cooling machines, possibly from different manufacturers. According to the needs of the production campaigns, the foundry workshop technicians must be able to bring an available cooling machine near the casting machine without having to worry about its compatibility with the casting machine and with possible finger distribution devices. remaining in place on the mold shell. It is therefore desirable to be able to use with the same casting machine different types of cooling machines and distribution members. For this, these machines must be interchangeable, and in particular all of their fluidic and electrical connections must be compatible with those of the casting machine and the distribution members.
Le branchement et l’interchangeabilité des connexions matérielles est facilitée par la disponibilité de raccords normalisés pour les connexions fluidiques et électriques : on branche sur la machine de refroidissement les trois tuyaux en provenance du répartiteur, à savoir le tuyau d’alimentation en gaz comprimé, le tuyau d’alimentation en liquide caloporteur et le tuyau d’évacuation, chacun avec son raccord normalisé. On branche par ailleurs une liaison d’alimentation électrique et un câble de transmission de signaux entre la machine de refroidissement et l’unité de contrôle de la machine de coulée pour commander les électrovannes, afin de synchroniser les cycles de refroidissement évacuation de la machine de refroidissement avec le cycle de production de la machine de coulée. Ces branchements électriques se font également à l’aide de connecteurs normalisés.The connection and interchangeability of the hardware connections is facilitated by the availability of standardized fittings for fluidic and electrical connections: the three pipes coming from the distributor, namely the compressed gas supply pipe, are connected to the cooling machine, the coolant supply pipe and the drain pipe, each with its standardized fitting. An electrical power supply link and a signal transmission cable are also connected between the cooling machine and the control unit of the casting machine to control the solenoid valves, in order to synchronize the cooling cycles evacuation of the machine from cooling with the production cycle of the casting machine. These electrical connections are also made using standard connectors.
En revanche, si l’on voulait ajouter des capteurs, le flux de signaux électriques analogiques et/ou digitaux entre la machine de refroidissement et des capteurs se situant à un niveau local n’est pas forcement normalisé. Un tel problème se poserait par exemple pour l’exploitation des mesures de débit pour déterminer l’énergie absorbée par le fluide caloporteur, et pour l’éventuelle prise en compte des signaux de commande de l’ouverture et fermeture des électrovannes dans l’exploitation des informations reçues des capteurs. Les équipements disponibles sur le marché ne permettent pas d’échanger des signaux digitaux entre la machine de refroidissement ou la machine de coulée d’une part, et des composants de mesure ou de commande situés au niveau local du moule.On the other hand, if we wanted to add sensors, the flow of analog and / or digital electrical signals between the cooling machine and sensors located at a local level is not necessarily standardized. Such a problem would arise for example for the exploitation of flow measurements to determine the energy absorbed by the heat transfer fluid, and for the possible taking into account of the control signals of the opening and closing of the solenoid valves in the exploitation. information received from the sensors. The equipment available on the market does not allow digital signals to be exchanged between the cooling machine or the casting machine on the one hand, and measurement or control components located locally on the mold.
Un premier problème que la présente invention cherche à résoudre est donc d’offrir un dispositif simple et robuste pour déterminer le débit ou la quantité totale d’un premier fluide circulant dans un circuit de refroidissement d’un appareil de jet cooling. Un autre problème est de proposer un procédé simple pour détecter l’encrassement d’un tel circuit. Les solutions apportées à ces problèmes ne doivent pas nuire à l’interchangeabilité des machines de refroidissement provenant de différents fabricants. Elles ne doivent pas non plus rendre plus complexe la connexion et la mise en route d’une machine de refroidissement dans un atelier de fonderie ou de plasturgie.A first problem that the present invention seeks to solve is therefore to provide a simple and robust device for determining the flow rate or the total quantity of a first fluid circulating in a cooling circuit of a jet cooling device. Another problem is to propose a simple method for detecting the fouling of such a circuit. The solutions to these problems must not affect the interchangeability of cooling machines from different manufacturers. Nor should they make it more complex to connect and start up a cooling machine in a foundry or plastics workshop.
Les mêmes problèmes se posent pour d’autres types d’outils pourvus de conduits de refroidissement dans lesquels s’écoule un fluide caloporteur, par exemple certains types d’outils de forge ou de presse, certains types d’outils de coupe avec refroidissement interne, ou des moules pour le moulage par gravité.The same problems arise for other types of tools provided with cooling conduits in which a heat transfer fluid flows, for example certain types of forging or press tools, certain types of cutting tools with internal cooling. , or molds for gravity molding.
Brève description des figuresBrief description of the figures
Les figures 1 à 3 illustrent différents aspects de l’état de la technique dont la description est utile pour expliquer l’invention. Les figures 4 à 6 illustrent différents aspects et modes de réalisation de l’invention.Figures 1 to 3 illustrate various aspects of the state of the art, the description of which is useful for explaining the invention. Figures 4 to 6 illustrate different aspects and embodiments of the invention.
La figure 1 montre de manière schématique une coupe longitudinale à travers un doigt de refroidissement de type connu, monté dans un moule à injection.Figure 1 shows schematically a longitudinal section through a cooling finger of known type, mounted in an injection mold.
La figure 2 montre de manière schématique le cycle de refroidissement - évacuation, synchronisé avec le cycle de fonctionnement d’une machine de moulage par injection.Figure 2 shows schematically the cooling - evacuation cycle, synchronized with the operating cycle of an injection molding machine.
La figure 3 montre de manière schématique une machine de refroidissement reliée à une machine de moulage par injection dont le moule incorpore un doigt de refroidissement 5 selon la figure 1.FIG. 3 schematically shows a cooling machine connected to an injection molding machine, the mold of which incorporates a cooling finger 5 according to FIG. 1.
La figure 4(a) montre de manière schématique une vue en éclaté d’un boîtier d’acquisition de données selon l’invention ; la figure 4(b) monter une vue en perspective de ce boîtier, la figure 4(c) montre une vue d’en haut.Figure 4 (a) schematically shows an exploded view of a data acquisition unit according to the invention; Figure 4 (b) mount a perspective view of this housing, Figure 4 (c) shows a view from above.
La figure 5 monte de manière schématique une centrale de traitement de données selon 10 l’invention.Figure 5 schematically mounts a data processing center according to the invention.
La figure 6 montre la mesure du débit dans un doigt de refroidissement au cours d’un cycle de refroidissement - évacuation dans un système de refroidissement selon l’invention.FIG. 6 shows the measurement of the flow rate in a cooling finger during a cooling cycle - evacuation in a cooling system according to the invention.
Les repères numériques suivants sont utilisés sur les figures :The following numerical references are used in the figures:
Objets de l’inventionObjects of the invention
La demanderesse s’est rendu compte que la mesure globale du débit de liquide caloporteur, qui quitte la machine de refroidissement à travers un conduit de liquide caloporteur, est assez facile à effectuer moyennant l’ajout d’un débitmètre, mais n’est pas suffisante pour résoudre tous les problèmes. En particulier cette mesure globale ne permet pas de contrôler le débit dans chaque conduit de refroidissement. La demanderesse s’est rendu compte qu’il est nécessaire de mesurer de manière directe (i.e. locale) le débit de liquide caloporteur qui s’écoule dans chaque conduit de refroidissement.The Applicant has realized that the overall measurement of the flow of heat transfer liquid, which leaves the cooling machine through a pipe of heat transfer liquid, is fairly easy to perform by adding a flow meter, but is not sufficient to solve all the problems. In particular, this overall measurement does not make it possible to control the flow rate in each cooling duct. The Applicant has realized that it is necessary to measure directly (i.e. locally) the flow of heat transfer liquid which flows in each cooling duct.
L’invention sera expliquée ci-dessous pour le cas où le conduit de refroidissement dans l’outil à refroidir comprend un doigt de refroidissement inséré dans ledit outil ; le dit outil peut être un moule d’injection pour fabriquer de pièces métalliques par injection de métal liquide dans ledit moule, ou de pièces en plastique par injection de polymère liquide dans ledit moule.The invention will be explained below for the case where the cooling duct in the tool to be cooled comprises a cooling finger inserted in said tool; said tool can be an injection mold for manufacturing metal parts by injecting liquid metal into said mold, or plastic parts by injecting liquid polymer into said mold.
L’insertion d’un débitmètre individuel dans le conduit d’admission de liquide caloporteur à l’entrée de chaque circuit de refroidissement dans l’outil, en amont de chaque boîtier de distribution, permettrait de déterminer le débit dans chaque doigt de refroidissement. Cependant, cette solution conduirait à un câblage complexe en amont du doigt de refroidissement, dans la mesure où chaque débitmètre doit être relié à l’automate de la machine de refroidissement, et sachant que les boîtiers de distribution peuvent se trouver à différents endroits du moule, et sachant que les coquilles sont des pièces chaudes que ne doivent en aucun cas toucher les câbles et conduits souples. Cette solution n’est donc pas satisfaisante.The insertion of an individual flow meter into the heat transfer liquid intake duct at the inlet of each cooling circuit in the tool, upstream of each distribution box, would make it possible to determine the flow rate in each cooling finger. However, this solution would lead to complex wiring upstream of the cooling finger, insofar as each flowmeter must be connected to the automation of the cooling machine, and knowing that the distribution boxes can be located at different places in the mold , and knowing that the shells are hot parts that should in no case touch cables and flexible conduits. This solution is therefore not satisfactory.
Selon l’invention le problème est résolu par la combinaison de différents moyens.According to the invention the problem is solved by the combination of different means.
Selon un premier aspect de l’invention on utilise un élément de mesure de débit (typiquement un débitmètre) individuel pour chaque doigt de refroidissement. Cela permet de contrôler le débit de liquide caloporteur au niveau de chaque doigt de refroidissement.According to a first aspect of the invention, an individual flow measurement element (typically a flow meter) is used for each cooling finger. This allows the flow of heat transfer liquid to be controlled at each cooling finger.
Selon un deuxième aspect de l’invention, on regroupe l’ensemble des débitmètres dans un seul boîtier dit boîtier d’acquisition de données. Ce boîtier regroupe pour chaque circuit destiné à alimenter un doigt de refroidissement un embout d’entrée et un embout de sortie, ainsi qu’un débitmètre. Ce boîtier possède par ailleurs au moins un élément de connexion pour brancher un câble permettant acheminer l’ensemble des signaux. Le boîtier peut présenter par ailleurs une entrée unique pour le fluide en provenance de la machine de refroidissement, et une sortie unique pour le fluide vers ladite machine de refroidissement. Ledit boîtier de mesure peut être fixé à proximité de la coquille, ou sur la coquille ; il peut demeurer sur la coquille lorsque la coquille est détachée de la machine de coulée à la fin de la campagne de production pour être mis au magasin de stockage en attente de nouvelle utilisation.According to a second aspect of the invention, all of the flow meters are grouped together in a single box called a data acquisition box. This box combines for each circuit intended to supply a cooling finger an inlet nozzle and an outlet nozzle, as well as a flow meter. This box also has at least one connection element for connecting a cable allowing all the signals to be routed. The housing may also have a single inlet for the fluid from the cooling machine, and a single outlet for the fluid to said cooling machine. Said measuring box can be fixed near the shell, or on the shell; it can remain on the shell when the shell is detached from the casting machine at the end of the production campaign to be put in the storage store awaiting further use.
Selon un troisième aspect de l’invention les signaux bruts mesurés par le boîtier d’acquisition de données sont transmis à une centrale de traitement de données. Cette centrale de traitement de données exploite les signaux analogiques transmis par chaque débitmètre à travers la liaison électrique. Selon une variante avantageuse de l’invention, la centrale de traitement de données ne reçoit pas d’autres signaux ou commandes que les signaux issus des débitmètres. En particulier elle ne reçoit pas d’information de la machine de coulée ou de la machine de refroidissement, telle qu’une information sur l’actionnement des électrovannes présentes dans les circuits fluidiques. Cela évite des problèmes de compatibilité des machines de refroidissement avec un boîtier d’acquisition de données donné, ces problèmes de compatibilité pouvant être liés à la nature et au codage des signaux échangés entre la machine de refroidissement et le boîtier d’acquisition des données et/ou la centrale de traitement de données.According to a third aspect of the invention, the raw signals measured by the data acquisition unit are transmitted to a data processing center. This data processing center uses the analog signals transmitted by each flow meter through the electrical connection. According to an advantageous variant of the invention, the data processing center does not receive any signals or commands other than the signals from the flow meters. In particular, it does not receive information from the casting machine or from the cooling machine, such as information on the actuation of the solenoid valves present in the fluid circuits. This avoids problems of compatibility of cooling machines with a given data acquisition unit, these compatibility problems possibly being linked to the nature and coding of the signals exchanged between the cooling machine and the data acquisition unit and / or the data processing center.
Selon un quatrième aspect de l’invention on place le débitmètre non pas dans le circuit de liquide caloporteur mais dans un conduit dans lequel peuvent être acheminés alternativement plusieurs fluides de viscosité très différente, tels que le fluide caloporteur et un gaz de purge. Cela permet notamment de déterminer le début et la fin de la période d’acheminement de chacun des fluides de viscosité très différente.According to a fourth aspect of the invention, the flowmeter is placed not in the heat transfer liquid circuit but in a conduit in which several fluids of very different viscosity, such as the heat transfer fluid and a purge gas, can be alternately supplied. This makes it possible in particular to determine the beginning and the end of the delivery period for each of the fluids of very different viscosity.
Selon encore un autre aspect de l’invention, le débitmètre est un débitmètre permettant de mesurer des flux en temps réel. On peut utiliser par exemple des débitmètres à hélice, des débitmètres à ultrasons, ou des débitmètres électromagnétiques, ou encore des débitmètres à effet vortex. Tous ces débitmètres mesurent en temps réel le débit de fluide dans un conduit et rendent un signal électrique qui peut être analysé et traité. On préfère les débitmètres qui donnent une lecture du débit stable, pour un débit constant, et qui sont peu sensibles aux différences de pureté de l’eau. Les débitmètres électromagnétiques peuvent être utilisés mais ne sont pas préférés, car l’éventuelle présence ou accumulation de particules métalliques dans le circuit peut perturber la mesure et nécessiter un étalonnage fréquent.According to yet another aspect of the invention, the flow meter is a flow meter for measuring flows in real time. It is possible, for example, to use propeller flowmeters, ultrasonic flowmeters, or electromagnetic flowmeters, or else vortex effect flowmeters. All these flowmeters measure the flow of fluid in a duct in real time and produce an electrical signal which can be analyzed and processed. We prefer flowmeters which give a stable flow reading, for a constant flow, and which are not very sensitive to differences in water purity. Electromagnetic flowmeters can be used, but are not preferred, since the possible presence or accumulation of metallic particles in the circuit can disturb the measurement and require frequent calibration.
Ainsi, un premier objet de l’invention est un système de refroidissement pour un outil à refroidissement interne d’une machine, notamment pour le refroidissement dirigé de moules permanents dans une machine de moulage par injection, ledit système comprenant une pluralité de conduits de refroidissement en contact avec un outil de ladite machine, et une machine de refroidissement capable d’injecter dans lesdits doigts de refroidissement alternativement un fluide caloporteur et un gaz sous pression pour éliminer ledit fluide caloporteur dudit doigt de refroidissement. Ce système est caractérisé en ce que ledit système de refroidissement comprend une pluralité d’éléments dits de mesure de débit, chaque élément de mesure de débit étant apte à mesurer un paramètre représentatif du débit de fluide caloporteur injecté dans un conduit de refroidissement respectif. Ledit conduit de refroidissement peut être aménagé directement dans la masse de l’outil, sous la forme d’un canal, ou il peut se présenter comme un insert (tel qu’un doigt de refroidissement) que l’on insère dans une cavité aménagée dans l’outil.Thus, a first object of the invention is a cooling system for a tool with internal cooling of a machine, in particular for the directed cooling of permanent molds in an injection molding machine, said system comprising a plurality of cooling conduits in contact with a tool of said machine, and a cooling machine capable of injecting into said cooling fingers alternately a heat transfer fluid and a pressurized gas to remove said heat transfer fluid from said cooling finger. This system is characterized in that said cooling system comprises a plurality of so-called flow measurement elements, each flow measurement element being capable of measuring a parameter representative of the flow of heat transfer fluid injected into a respective cooling duct. Said cooling duct can be arranged directly in the mass of the tool, in the form of a channel, or it can be in the form of an insert (such as a cooling finger) which is inserted into a fitted cavity in the tool.
Typiquement on prévoit un nombre d’éléments de mesure de débit égal au nombre de doigts de refroidissement, ce qui permet de mesurer le débit dans chacun des doigts de refroidissement.Typically, a number of flow measurement elements is provided equal to the number of cooling fingers, which makes it possible to measure the flow in each of the cooling fingers.
L’élément de mesure de débit peut être placé dans un conduit d’alimentation en fluides, reliant la machine de refroidissement au doigt de refroidissement respectif, ledit conduit d’alimentation étant relié à la fois un conduit d’admission du fluide caloporteur et à un conduit d’alimentation du gaz sous pression. Autrement dit, ledit conduit d’alimentation peut convoyer alternativement un fluide caloporteur (typiquement un liquide caloporteur) et du gaz, notamment du gaz sous pression.The flow measurement element can be placed in a fluid supply duct, connecting the cooling machine to the respective cooling finger, said supply duct being connected both to a heat transfer fluid intake duct and to a pressurized gas supply pipe. In other words, said supply conduit can alternately convey a heat transfer fluid (typically a heat transfer liquid) and gas, in particular pressurized gas.
Le système peut comprendre encore un organe commun dit de distribution et de mesure, ledit organe commun étant équipé d’une pluralité d’éléments de mesure ; il représente un autre objet de l’invention. Ledit organe commun de distribution et de mesure peut comprendre une platine commune de montage de ladite pluralité d’éléments de mesure ; il peut être réalisé sous la forme d’un boîtier, lequel comprend un capot s’étendant à partir de la platine commune de montage.The system may also include a common so-called distribution and measurement member, said common member being equipped with a plurality of measurement elements; it represents another object of the invention. Said common distribution and measurement member may comprise a common mounting plate for said plurality of measurement elements; it can be produced in the form of a housing, which comprises a cover extending from the common mounting plate.
Dans un mode de réalisation chaque élément de mesure est pourvu d’un embout individuel de sortie de fluide et/ou d’un embout individuel d’entrée de fluide. Le système de refroidissement peut comprendre une ligne commune d’entrée de fluide, mise en communication avec lesdits embouts individuels d’entrée, et/ou une ligne commune de sortie de fluide, mise en communication avec lesdits embouts individuels de sortie.In one embodiment each measuring element is provided with an individual fluid outlet nozzle and / or an individual fluid inlet nozzle. The cooling system may include a common fluid inlet line, placed in communication with said individual inlet nozzles, and / or a common fluid outlet line, placed in communication with said individual outlet nozzles.
Le système de refroidissement selon l’invention peut comprendre en outre une centrale de traitement de données, ainsi que des moyens de connexion entre ladite centrale de traitement et l’organe commun de distribution et de mesure. Ces moyens de connexion peuvent comprendre des moyens individuels de connexion, chaque moyen individuel étant apte à délivrer un signal représentatif de la valeur mesurée par un élément de mesure de débit respectif. Les moyens de connexion peuvent comprendre en outre des moyens communs de connexion, lesdits moyens communs de connexion reliant la pluralité de moyens individuels de connexion et ladite centrale de traitement.The cooling system according to the invention may further comprise a data processing center, as well as means of connection between said processing center and the common distribution and measurement unit. These connection means may include individual connection means, each individual means being capable of delivering a signal representative of the value measured by a respective flow measurement element. The connection means may further comprise common connection means, said common connection means connecting the plurality of individual connection means and said processing center.
Dans un mode de réalisation, le système de refroidissement selon l’invention est monté sur une machine qui est une machine de coulée, et ledit outil à refroidissement interne est un moule, notamment un moule permanent en métal dans lequel se solidifie une matière injectée à l’état de fusion. Le conduit de refroidissement est avantageusement un doigt de refroidissement, et ledit moule est conçu de manière à ce qu’au moins une partie distale dudit doigt de refroidissement peut être en contact avec ladite matière injectée à l’état de fusion.In one embodiment, the cooling system according to the invention is mounted on a machine which is a casting machine, and said internally cooled tool is a mold, in particular a permanent metal mold in which a material injected is solidified. the state of fusion. The cooling duct is advantageously a cooling finger, and said mold is designed so that at least a distal part of said cooling finger can be in contact with said material injected in the molten state.
Ledit organe commun de distribution et de mesure peut être disposé à proximité de la machine de coulée, en particulier à proximité du moule, alors que la centrale de traitement est avantageusement disposée à proximité de la machine de refroidissement. Ledit organe peut être équipé d’une pluralité d’éléments de mesure de débit, chaque élément de mesure de débit étant apte à mesurer un paramètre représentatif du débit de fluide caloporteur injecté dans un doigt de refroidissement respectif. Chaque élément de mesure de débit peut en outre être apte à mesurer un paramètre représentatif du débit de gaz sous pression injecté dans le doigt de refroidissement.Said common distribution and measurement member can be placed near the casting machine, in particular near the mold, while the central processing unit is advantageously placed near the cooling machine. Said member can be equipped with a plurality of flow measurement elements, each flow measurement element being capable of measuring a parameter representative of the flow of heat transfer fluid injected into a respective cooling finger. Each flow measurement element may also be able to measure a parameter representative of the flow of pressurized gas injected into the cooling finger.
Un autre objet de l’invention est un ensemble de distribution et de mesure pour système de refroidissement selon l’invention, ledit ensemble comprenant un organe de distribution et de mesure selon l’invention, une centrale de traitement de données, ainsi que des moyens de connexion entre lesdites centrales de traitement et ledit organe de distribution et de mesure.Another object of the invention is a distribution and measurement assembly for a cooling system according to the invention, said assembly comprising a distribution and measurement member according to the invention, a data processing center, as well as means of connection between said processing centers and said distribution and measurement member.
Encore un autre objet de l’invention est un procédé de refroidissement dirigé de moules permanents dans une machine de moulage, notamment dans une machine de moulage par injection à l’aide d’un système de refroidissement selon l’un quelconque des modes de réalisation de l’invention, ladite machine de moulage comprenant un moule et une pluralité de conduits de refroidissement (tels que des doigts de refroidissement) en contact avec un moule de ladite machine de moulage, dans lequel procédé on injecte dans lesdits conduits de refroidissement alternativement un fluide caloporteur et un gaz sous pression pour éliminer ledit fluide caloporteur dudit conduit de refroidissement, ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :Yet another object of the invention is a method of directed cooling of permanent molds in a molding machine, in particular in an injection molding machine using a cooling system according to any one of the embodiments of the invention, said molding machine comprising a mold and a plurality of cooling conduits (such as cooling fingers) in contact with a mold of said molding machine, in which method is injected into said cooling conduits alternately a heat transfer fluid and a pressurized gas for removing said heat transfer fluid from said cooling duct, said method being characterized in that it comprises the following steps:
- on mesure au moins une valeur d’un paramètre représentatif du débit de fluide caloporteur injecté dans au moins un conduit de refroidissement, en particulier dans la majorité des conduits de refroidissement et, de préférence, dans l’ensemble de la pluralité des conduits de refroidissement ;- Measuring at least one value of a parameter representative of the flow of heat transfer fluid injected into at least one cooling duct, in particular in the majority of cooling ducts and, preferably, in all of the plurality of ducts cooling;
- on identifie si au moins une valeur mesurée est située dans une plage prédéterminée de valeurs ;- it is identified if at least one measured value is situated in a predetermined range of values;
- on déclenche une alerte si au moins une valeur mesurée est située en dehors d’une plage respective.- an alert is triggered if at least one measured value is outside a respective range.
On peut affecter la même plage prédéterminée de valeurs à l’ensemble des doigts de refroidissement. On peut aussi affecter deux plages prédéterminées différentes de valeurs pour au moins deux doigts de refroidissement différents, et / ou on peut affecter deux plages prédéterminées différentes de valeurs pour au moins un même doigt de refroidissement.The same predetermined range of values can be assigned to all of the cooling fingers. Two different predetermined ranges of values can also be assigned for at least two different cooling fingers, and / or two different predetermined ranges of values can be assigned for at least one same cooling finger.
Dans un mode de réalisation du procédé selon l’invention, on continue la mise en service de la machine de moulage, si la valeur mesurée est située en dehors d’une première plage prédéterminée, et on stoppe la mise en service de la machine de moulage, si la valeur mesurée est située en dehors d’une deuxième plage prédéterminée.In one embodiment of the method according to the invention, the commissioning of the molding machine is continued, if the measured value is situated outside a first predetermined range, and the commissioning of the machine is stopped. molding, if the measured value is outside a second predetermined range.
L’invention peut être mise en oeuvre avec des outils refroidis autres que des moules à injection, par exemples avec des moules pour moulage par gravité, des outils de forge, des outils des presse, des outils de découpe ou d’usinage. Ces outils sont notamment des outils à refroidissement interne, pourvus de canaux dans lesquels circule un liquide caloporteur ; dans ces outils le conduit de refroidissement n’est normalement pas aménagé dans un doigt de refroidissement inséré dans l’outil, mais directement dans l’outil. Cette utilisation du système de refroidissement selon l’invention pour refroidir au moins un outil dans une machine représente un autre objet de l’invention.The invention can be implemented with cooled tools other than injection molds, for example with molds for gravity molding, forging tools, press tools, cutting or machining tools. These tools are in particular tools with internal cooling, provided with channels in which a coolant circulates; in these tools the cooling duct is normally not arranged in a cooling finger inserted in the tool, but directly in the tool. This use of the cooling system according to the invention to cool at least one tool in a machine represents another object of the invention.
Description détailléedetailed description
La figure 1 montre un doigt de refroidissement 1 typique selon l’état de la technique. Il comprend un corps tubulaire externe 2 réalisé en un matériau conducteur de la chaleur, tel que notamment des aciers au carbone fortement alliés à base de chrome, molybdène et vanadium, et de préférence des alliages aptes à une utilisation à haute température. Ce corps 2 est vissé, par sa face périphérique extérieure, sur la partie de moule 3 à refroidir. L’extrémité libre 4 du doigt de refroidissement, de forme arrondie, est destinée à se trouver au contact de la matière en fusion ou à proximité immédiate de cette dernière. Le corps 2 est creusé d’un canal principal 5, qui s’étend parallèlement à son axe longitudinal et qui débouche sur la partie opposée à l’extrémité libre du doigt. Cet organe auxiliaire 8 est relié à un tube cylindrique 9 qui, lorsque le dispositif est en fonctionnement, est logé dans le canal principal 5 et s’étend sur la plus grande longueur de ce dernier, presque jusqu’à son extrémité. C’est par ce tube 9 qu’est injectée dans le canal 5 une quantité de fluide caloporteur pour le refroidissement du doigt, et c’est par ce tube 9 qu’est injecté ensuite de l’air pour évacuer ce fluide du le canal 5 ; ces deux directions d’écoulement de fluide sont marquées par des flèches sur la figure 1. Ce cycle est appelé ici cycle de refroidissement - évacuation ; il sera expliqué en détail ci-dessous.Figure 1 shows a typical cooling finger 1 according to the state of the art. It comprises an external tubular body 2 made of a heat conductive material, such as in particular highly alloyed carbon steels based on chromium, molybdenum and vanadium, and preferably alloys suitable for use at high temperature. This body 2 is screwed, by its outer peripheral face, onto the mold part 3 to be cooled. The free end 4 of the cooling finger, of rounded shape, is intended to be in contact with the molten material or in its immediate vicinity. The body 2 is hollowed out of a main channel 5, which extends parallel to its longitudinal axis and which opens onto the part opposite the free end of the finger. This auxiliary member 8 is connected to a cylindrical tube 9 which, when the device is in operation, is housed in the main channel 5 and extends over the greatest length of the latter, almost to its end. It is through this tube 9 that a quantity of heat transfer fluid is injected into the channel 5 for cooling the finger, and it is through this tube 9 that air is then injected to evacuate this fluid from the channel 5; these two directions of fluid flow are marked by arrows in FIG. 1. This cycle is here called cooling cycle - evacuation; it will be explained in detail below.
L’organe auxiliaire 8 est doté de deux embouts 10 et 11, l’un 10 relié à une alimentation en fluides 43, l’autre 11 relié à un conduit d’évacuation 13 de fluides. Le conduit d’évacuation 13 de fluides peut être ouvert ou fermé par une électrovanne 12. Le conduit d’alimentation 14 en fluides est relié à la fois à un conduit 15 d’admission de gaz comprimé, et d’autre part, à un conduit 16 d’admission de liquide caloporteur ; ce dernier peut être ouvert ou fermé par une électrovanne 17. Les électrovannes 12,17 sont reliées par des lignes de signal (non montrées sur la figure) à une unité de contrôle, comme cela sera expliqué en plus grand détail ci-dessous.The auxiliary member 8 is provided with two end pieces 10 and 11, one 10 connected to a fluid supply 43, the other 11 connected to a fluid discharge duct 13. The fluid discharge conduit 13 can be opened or closed by a solenoid valve 12. The fluid supply conduit 14 is connected both to a conduit 15 for admission of compressed gas, and on the other hand, to a duct 16 for admitting heat transfer liquid; the latter can be opened or closed by a solenoid valve 17. The solenoid valves 12,17 are connected by signal lines (not shown in the figure) to a control unit, as will be explained in greater detail below.
Ce dispositif permet d’injecter un liquide caloporteur dans le doigt du refroidissement, à travers le conduit 16 d’admission de liquide caloporteur, lorsque l’électrovanne 17 est ouverte. Ce liquide caloporteur peut s’évaporer au moins partiellement. Ensuite, le liquide caloporteur est chassé par un jet de gaz comprimé, qui, dans le dispositif selon la figure 1, entre à travers le conduit 15 d’admission de gaz comprimé, l’électrovanne 17 étant fermée, et qui sort par le conduit d’évacuation 13, l’électrovanne 12 étant ouverte. Ce dispositif permet également de procéder à un essai d’étanchéité : à cette fin, on ferme l’électrovanne 12 du conduit d’évacuation 13 et on introduit du gaz sous pression à travers le conduit 15 d’admission de gaz comprimé, l’électrovanne 12 étant fermée. Ce cycle de refroidissement - évacuation, optionnellement suivi d’un essai d’étanchéité, est expliqué en plus grand détail ci-dessous. Le liquide caloporteur le plus généralement utilisé est l’eau ; le gaz comprimé le plus généralement utilisé est l’air.This device makes it possible to inject a heat transfer liquid into the cooling finger, through the pipe 16 for admitting heat transfer liquid, when the solenoid valve 17 is open. This heat transfer liquid can at least partially evaporate. Then, the heat transfer liquid is expelled by a jet of compressed gas, which, in the device according to FIG. 1, enters through the conduit 15 for admission of compressed gas, the solenoid valve 17 being closed, and which exits through the conduit 13, the solenoid valve 12 being open. This device also makes it possible to carry out a leakage test: to this end, the solenoid valve 12 of the discharge pipe 13 is closed and gas under pressure is introduced through the pipe 15 for admission of compressed gas, the solenoid valve 12 being closed. This cooling-evacuation cycle, optionally followed by a leak test, is explained in more detail below. The most commonly used heat transfer liquid is water; the most commonly used compressed gas is air.
D'une manière générale, l’essai d’étanchéité ne présente un intérêt que dans le cas où une fuite de liquide caloporteur engendrerait un risque spécifique : cet essai est systématique en fonderie d’aluminium à cause du risque d’explosion, et il est utile dans des machines dans les industries chimique, pharmaceutique ou agro-alimentaire à cause d’un risque de contamination de produits par une fuit de liquide caloporteur; en revanche, il n’est pas nécessaire dans le secteur du moulage sous pression de pièces de polymère, ainsi que dans le cas d’outillages à refroidissement interne pour de nombreux autres usages, tels que l’usinage, la forge ou la découpe.In general, the leakage test is only of interest if a leak of heat transfer liquid would generate a specific risk: this test is systematic in aluminum smelting because of the risk of explosion, and it is useful in machines in the chemical, pharmaceutical or food industries because of the risk of contamination of products by a leak of heat transfer liquid; on the other hand, it is not necessary in the sector of die-casting of polymer parts, as well as in the case of tools with internal cooling for many other uses, such as machining, forging or cutting.
La figure 2 montre une séquence de travail typique d’une machine de coulée dotée de doigts de refroidissement alimentés par une machine de refroidissement selon l’état de la technique. Ce procédé de refroidissement est connu sous le terme « jet cooling >>. Il comporte un cycle de refroidissement - évacuation suivi d’un essai d’étanchéité, qui est synchronisé avec le cycle de production de la machine de coulée. Plus précisément, la séquence de travail est déclenchée au moment t0. Après un temps d’attente (qui peut être très bref voire inexistant), au moment ti la machine de coulée injecte de la matière à l’état de fusion dans le moule. En même temps (ou après un bref temps d’attente) la machine de refroidissement injecte du liquide caloporteur dans le doigt de refroidissement. Cette injection de liquide caloporteur cesse au moment t2. Après un bref temps d’attente, au moment t3 on commence à chasser le liquide caloporteur par l’injection de gaz sous pression ; au moment t3.i commence l’ouverture du moule et le démoulage.Figure 2 shows a typical work sequence of a casting machine provided with cooling fingers fed by a cooling machine according to the state of the art. This cooling process is known by the term "jet cooling". It includes a cooling-evacuation cycle followed by a leak test, which is synchronized with the production cycle of the casting machine. More precisely, the work sequence is triggered at time t 0 . After a waiting time (which can be very brief or even non-existent), at the moment the casting machine injects material in the molten state into the mold. At the same time (or after a short waiting time) the cooling machine injects heat transfer liquid into the cooling finger. This injection of heat transfer liquid stops at time t 2 . After a brief waiting time, at time t 3, the heat transfer liquid begins to be expelled by the injection of pressurized gas; at time t 3 .i begins the opening of the mold and demolding.
Lorsque la pièce moulée a été enlevée du moule, on commence au moment t32 de vaporiser un liquide de séparation sur les surfaces interne du moule (cette étape est appelée « poteyage >>) pour préparer le cycle de moulage suivant. Le rinçage du doigt de refroidissement par injection d’air comprimé cesse peu après (moment t4). Au moment t5 commence l’essai d’étanchéité du doigt de refroidissement pendant lequel on injecte de nouveau de l’air comprimé dans le doigt de refroidissement, mais en fermant une électrovanne à la sortie du circuit pour faire monter la pression d’air, et pour la mesurer. Cet essai se termine au moment t6, ce qui coïncide à peu près avec la fin de la vaporisation du liquide de séparation (t7). Un nouveau cycle de moulage commence avec toLa figure 3 montre une machine de refroidissement 30 typique de type connu. Elle comporte un bâti 31 monté sur roulettes 32, qui est alimenté en électricité par un câble 33, et qui dispose de moyens de circulation du liquide caloporteur, qui est le plus souvent de l’eau. De manière typique cette machine est dotée d’une pompe à circulation d’eau 37 (et éventuellement d’une pompe 35 pour amorcer cette pompe à circulation d’eau), d’un réservoir d’eau 36, de moyens pour contrôler et refroidir la température de l’eau, et d’un ordinateur (ou automate possédant un microprocesseur) 38 doté d’une interface programmable par un utilisateur technicien de fonderie. Ces machines peuvent être apportées à proximité des machines de coulée 40 dont le moule 42 nécessite un refroidissement localisé par un doigt de refroidissement 1. En l’occurrence ce dernier est logé dans une des coquilles 41a du moule 42 de manière à former un noyau.When the molded part has been removed from the mold, we start at the time t 32 to spray a separation liquid on the internal surfaces of the mold (this step is called "coating") to prepare the next molding cycle. The flushing of the cooling finger by compressed air injection stops shortly after (time t 4 ). At time t 5 begins the cooling finger tightness test during which compressed air is again injected into the cooling finger, but by closing a solenoid valve at the outlet of the circuit to raise the air pressure , and to measure it. This test ends at time t 6 , which roughly coincides with the end of the vaporization of the separation liquid (t 7 ). A new molding cycle begins with Figure 3 shows a typical cooling machine of known type. It comprises a frame 31 mounted on casters 32, which is supplied with electricity by a cable 33, and which has means for circulation of the heat-transfer liquid, which is most often water. Typically this machine is equipped with a water circulation pump 37 (and possibly a pump 35 to prime this water circulation pump), a water tank 36, means for controlling and cooling the temperature of the water, and of a computer (or automaton having a microprocessor) 38 provided with a programmable interface by a user of foundry technician. These machines can be brought close to the casting machines 40, the mold 42 of which requires localized cooling by a cooling finger 1. In this case, the latter is housed in one of the shells 41a of the mold 42 so as to form a core.
Ces machines de refroidissement 30 peuvent être branchées de manière rapide, et programmées sur place selon les besoins métallurgiques du procédé de coulée et de la pièce fabriquée dans le moule. Pour pouvoir établir un branchement rapide de ces machines de refroidissement 30 au moule 42 on minimise le nombre de connexions à réaliser entre ladite machine et le moule. Selon l’état de la technique les seules connexions à établir entre la machine de refroidissement 30 et le moule 42 sont une connexion de fluide sous pression, moyennant un premier raccord fluidique 43 permettant d’alimenter les doigts de refroidissement 1 en fluide caloporteur et en gaz sous pression, et un deuxième raccord fluidique 44 pour l’évacuation. On minimise ainsi le nombre de tubes souples autour de la machine de refroidissement, qui se limitent à trois : un premier tube 45 de liquide caloporteur, un deuxième tube 46 d’air sous pression, et un troisième tube 47 pour l’évacuation. On note que grâce au réservoir d’eau 36 et à la pompe à circulation 37 dans ces machines le fluide caloporteur (eau) tourne en boucle fermée, c’est-à-dire que lors du fonctionnement de la machine elles ne sont pas reliées à une alimentation en eau externe.These cooling machines 30 can be quickly connected and programmed on site according to the metallurgical needs of the casting process and of the part manufactured in the mold. In order to be able to establish a rapid connection of these cooling machines 30 to the mold 42, the number of connections to be made between said machine and the mold is minimized. According to the state of the art, the only connections to be established between the cooling machine 30 and the mold 42 are a connection of pressurized fluid, by means of a first fluid connection 43 making it possible to supply the cooling fingers 1 with heat transfer fluid and gas under pressure, and a second fluid connection 44 for evacuation. This minimizes the number of flexible tubes around the cooling machine, which are limited to three: a first tube 45 of coolant, a second tube 46 of pressurized air, and a third tube 47 for evacuation. Note that thanks to the water tank 36 and the circulation pump 37 in these machines the heat transfer fluid (water) rotates in a closed loop, that is to say that during the operation of the machine they are not connected to an external water supply.
Dans la mesure où chaque machine de refroidissement alimente plusieurs doigts de refroidissement, lesdits raccords fluidiques entre la machine de refroidissement et le moule se font par l’intermédiaire d’un boîtier de distribution 48. Ce boîtier de distribution est fixé sur l’une des coquilles 41a du moule 42, comme cela est indiqué sur la figure 3. Ainsi, les nombreuses connexions fluidiques 49,50 entre le boîtier de distribution 48 et les doigts de refroidissement 1 peuvent être installées avant la mise en place du moule dans la machine de coulée, et peuvent rester branchées lorsque le moule est démonté de la machine de coulée et stocké dans l’entrepôt. La figure 3 ne montre qu’un seul jeu de connexions fluidiques 49,50 pour un seul doigt de refroidissement 1, mais le boîtier de distribution 48 représenté sur la figure 3 est conçu pour alimenter jusqu’à quatre doigts de refroidissement situées sur le même moule.Insofar as each cooling machine feeds several cooling fingers, said fluid connections between the cooling machine and the mold are made via a distribution box 48. This distribution box is fixed to one of the shells 41a of the mold 42, as indicated in FIG. 3. Thus, the numerous fluid connections 49.50 between the distribution box 48 and the cooling fingers 1 can be installed before the mold is placed in the machine. casting, and can remain plugged in when the mold is removed from the casting machine and stored in the warehouse. Figure 3 shows only one set of fluid connections 49.50 for a single cooling finger 1, but the distribution box 48 shown in Figure 3 is designed to supply up to four cooling fingers located on the same mold.
Selon l’état de la technique, il existe également au moins une liaison électrique 51 entre la machine de refroidissement et le boîtier de traitement de données. Cette liaison peut avoir plusieurs fonctions, et en particulier elle permet de commander une ou plusieurs électrovannes (non montrées sur la figure 3) dans les circuits de fluide en aval de la machine de refroidissement. Elle peut également servir à la transmission de données du boîtier de distribution vers la machine de refroidissement. On note que l’électrovanne 17 (visible sur la figure 1) peut être située dans la machine de refroidissement 30 plutôt que sur l’organe auxiliaire 8 du doigt de refroidissement 1. Dans ce cas, la liaison électrique 51 entre la machine de coulée et l’ordinateur 38 de la machine de refroidissement 30 transmet le signal de synchronisation entre le départ du cycle de la machine de coulée et le cycle de refroidissement qui est programmé dans la machine de refroidissement 30 : c’est la machine de coulée 40 qui donne le signal de départ du cycle à la machine de refroidissement 30.According to the state of the art, there is also at least one electrical connection 51 between the cooling machine and the data processing unit. This link can have several functions, and in particular it makes it possible to control one or more solenoid valves (not shown in FIG. 3) in the fluid circuits downstream of the cooling machine. It can also be used to transmit data from the distribution box to the cooling machine. Note that the solenoid valve 17 (visible in Figure 1) can be located in the cooling machine 30 rather than on the auxiliary member 8 of the cooling finger 1. In this case, the electrical connection 51 between the casting machine and the computer 38 of the cooling machine 30 transmits the synchronization signal between the start of the cycle of the casting machine and the cooling cycle which is programmed in the cooling machine 30: it is the casting machine 40 which gives the cycle start signal to the cooling machine 30.
La figure 4 montre sur trois vues différentes (figures 4(a),(b),(c)) un boîtier 100 d’acquisition de données selon l’invention. Il comprend huit débitmètres 101 à 108 montés sur une platine de fixation 109. Chaque débitmètre présente deux raccords fluidiques, à savoir un raccord d’entrée et un raccord de sortie. Tous les raccords d’entrée 112 sont montés sur une première bride de maintien 113, et tous les raccords de sortie 114 sont montées sur une deuxième bride de maintien 115, lesdites première et deuxième brides de maintien 113,115 étant montées parallèles l’une par rapport à l’autre sur ladite platine de fixation 109. Les débitmètres 101 à 108 sont protégés par un capot 116. Chaque débitmètre possède par ailleurs un connecteur 117 pour un conducteur de signal électrique ; ledit signal électrique est le signal de sortie du débitmètre. Ce connecteur peut aussi comporter le câble d’alimentation électrique du débitmètre qui est nécessaire. L’ensemble de ces conducteurs (non montrés sur la figure) sont rassemblés dans un connecteur 118 multipolaire de type normalisé qui traverse la paroi latérale du capot 116.FIG. 4 shows on three different views (FIGS. 4 (a), (b), (c)) a data acquisition unit 100 according to the invention. It comprises eight flow meters 101 to 108 mounted on a mounting plate 109. Each flow meter has two fluid connections, namely an inlet fitting and an outlet fitting. All the inlet fittings 112 are mounted on a first retaining flange 113, and all the outlet fittings 114 are mounted on a second retaining flange 115, said first and second retaining flanges 113,115 being mounted parallel to each other to the other on said mounting plate 109. The flow meters 101 to 108 are protected by a cover 116. Each flow meter also has a connector 117 for an electrical signal conductor; said electrical signal is the output signal from the flow meter. This connector can also include the necessary power supply cable for the flow meter. All of these conductors (not shown in the figure) are assembled in a standard type multipolar connector 118 which crosses the side wall of the cover 116.
Les débitmètres 101 à 108 sont avantageusement de même type, mais peuvent être de type différent. Chaque débitmètre est capable de mesurer le débit de liquide caloporteur qui s’écoule dans un doigt de refroidissement 1. Le boîtier d’acquisition de données 100 selon l’invention est un organe commun de distribution et de mesure : il distribue à chaque doigt de refroidissement du fluide, plus précisément alternativement un flux de liquide et un flux de gaz, et il mesure le débit du liquide pour chaque doigt de refroidissement. Le boîtier d’acquisition de données 100 de la figure 4 présente huit raccords d’entrée, huit raccords de sortie et huit débitmètres ; il peut donc mesurer le débit dans huit doigts de refroidissement d’un moule. Bien évidemment, le boîtier d’acquisition de données peut être fabriqué avec un nombre de circuits différent, supérieur ou inférieur à huit, par exemple avec quatre, six ou neuf circuits, et en fonctionnement il n’est pas nécessaire que tous les circuits soient utilisés.The flowmeters 101 to 108 are advantageously of the same type, but may be of a different type. Each flow meter is capable of measuring the flow of heat transfer liquid flowing in a cooling finger 1. The data acquisition unit 100 according to the invention is a common distribution and measurement member: it distributes to each finger cooling of the fluid, more precisely alternately a flow of liquid and a flow of gas, and it measures the flow rate of the liquid for each cooling finger. The data acquisition unit 100 of FIG. 4 has eight inlet fittings, eight outlet fittings and eight flow meters; it can therefore measure the flow in eight cooling fingers of a mold. Obviously, the data acquisition unit can be manufactured with a different number of circuits, greater than or less than eight, for example with four, six or nine circuits, and in operation it is not necessary that all the circuits are used.
Dans un mode de réalisation avantageux ce débitmètre est un débitmètre de type à effet vortex. Ces débitmètres sont disponibles dans le commerce. Ils exploitent l’effet de Karman. Leur signal de sortie est un signal analogique généré par un capteur capacitif ; il est linéaire sur une large gamme de débit, mais dépend du nombre de Reynolds (et donc de la viscosité) du fluide.In an advantageous embodiment, this flow meter is a flow meter of the vortex effect type. These flow meters are commercially available. They harness the effect of Karman. Their output signal is an analog signal generated by a capacitive sensor; it is linear over a wide range of flow rates, but depends on the Reynolds number (and therefore on the viscosity) of the fluid.
A titre d’exemple, on a trouvé qu’un débitmètre à effet vortex qui convient pour la réalisation de la présente invention peut mesurer un débit compris entre 1 L/min et 8 L/min avec un écart moyen inférieur à 2,0 %. Cette plage d’un facteur huit couvre toutes les situations d’utilisation courantes d’un dispositif de jet cooling. Au-delà de cette plage l’écart moyen augmente ; le débitmètre peut par exemple mesurer encore un débit de 0,5 L/min avec une précision d’environ 10 %. La température de l’eau n’a pas d’influence dans la zone de températures exploitée (entre environ 20 °C et environ 60 °C). L’alimentation électrique de ce débitmètre se fait typiquement entre 8 V et 33 V, et avantageusement à 24 V.By way of example, it has been found that a vortex effect flowmeter which is suitable for carrying out the present invention can measure a flow rate between 1 L / min and 8 L / min with an average deviation of less than 2.0% . This eight-fold range covers all common situations in which a jet cooling device is used. Beyond this range the average difference increases; for example, the flowmeter can still measure a flow rate of 0.5 L / min with an accuracy of around 10%. The temperature of the water has no influence in the temperature zone operated (between approximately 20 ° C and approximately 60 ° C). The power supply of this flowmeter is typically between 8 V and 33 V, and advantageously at 24 V.
Les inventeurs se sont rendus compte que ce débitmètre n’a pas besoin d’être positionné dans le conduit d’admission 16 de liquide caloporteur, mais qu’il peut être positionné dans le conduit d’alimentation en fluides 14 qui achemine alternativement du liquide caloporteur et du gaz de purge. En effet, les débitmètres à effet vortex sont capables de détecter un débit de liquide et un débit de gaz circulant alternativement dans le même conduit. De même, les débitmètres à ultrasons, qui exploitent l’effet Doppler, ont cette même capacité.The inventors have realized that this flow meter does not need to be positioned in the intake pipe 16 for heat transfer liquid, but that it can be positioned in the fluid supply pipe 14 which alternately conveys liquid coolant and purge gas. Indeed, vortex effect flowmeters are capable of detecting a liquid flow and a gas flow flowing alternately in the same conduit. Likewise, ultrasonic flowmeters, which use the Doppler effect, have this same capacity.
Selon des modes de réalisation avantageux, le liquide est l’eau et/ou le gaz est l’air.According to advantageous embodiments, the liquid is water and / or the gas is air.
C’est ainsi que les débitmètres peuvent être regroupés facilement au sein d’un même boîtier. Les seules données qui sortent du boîtier d’acquisition de données sont les données analogiques qui représentent le débit.This is how flowmeters can be easily grouped together in a single housing. The only data that comes out of the data acquisition box is the analog data that represents the throughput.
Ces données sont acheminées à travers un câble blindé vers une centrale (boîtier) de traitement de données 200, qui est représenté sur la figure 5. Cette centrale peut traiter les données issues d’un ou plusieurs boîtiers d’acquisition de données. Elle est avantageusement située à proximité du poste de commandement de la machine de moulage, mais elle peut être située à proximité de la machine de refroidissement. Avantageusement, une machine de refroidissement est associée à une seule centrale de traitement de données et communique avec elle. Avantageusement une machine de coulée est associée à une seule centrale de traitement de données et communique avec elle.This data is routed through a shielded cable to a central data processing unit (box) 200, which is shown in FIG. 5. This central unit can process the data coming from one or more data acquisition boxes. It is advantageously located near the command post of the molding machine, but it can be located near the cooling machine. Advantageously, a cooling machine is associated with a single data processing center and communicates with it. Advantageously, a casting machine is associated with a single data processing center and communicates with it.
La centrale de traitement de données 200 comprend au moins un connecteur pour être relié à un boîtier 100 d’acquisition de données ; dans l’exemple de la figure 5 elle comprend huit connecteurs 210 à 217 capables de connecter la centrale de traitementThe data processing center 200 comprises at least one connector to be connected to a data acquisition unit 100; in the example of Figure 5 it includes eight connectors 210 to 217 capable of connecting the central processing unit
200 à huit boîtiers 100 d’acquisition de données. Elle comprend également des moyens200 to eight 100 data acquisition boxes. It also includes means
201 pour alimenter chaque débitmètre en énergie électrique (par exemple en 24 V) ; ce moyen peut être un transformateur d’alimentation. Cette énergie électrique est acheminée vers le boîtier 100 d’acquisition de données par un câble relié à un connecteur 210 à 217. Un autre câble, au sein du même câble coaxial relié au même connecteur, transmet pour chacun des débitmètres le signal représentatif du débit. La centrale de traitement des données 200 comprend par ailleurs une unité de mémoire 203 pour l’enregistrement des réglages et la sauvegarde des données, ainsi que de moyens permettant la visualisation de données et l’entrée de données par un utilisateur. Ces deux types de moyens sont représentés sur la figure par un écran tactile 202. La centrale de traitement de données201 to supply each flow meter with electrical energy (for example 24 V); this means can be a power transformer. This electrical energy is sent to the data acquisition unit 100 by a cable connected to a connector 210 to 217. Another cable, within the same coaxial cable connected to the same connector, transmits for each of the flowmeters the signal representative of the flow . The central data processing unit 200 furthermore comprises a memory unit 203 for recording the settings and saving the data, as well as means allowing the visualization of data and the entry of data by a user. These two types of means are represented in the figure by a touch screen 202. The data processing center
200 comprend également un câble 220 vers une alimentation électrique externe, un processeur 218 (typiquement une CPU, Central Processing Unit), un bouton marche-arrêt 219, un voyant 221 qui s’allume en état de marche, et des prises pour l’échange de données, par exemple : une prise USB 222, les prises RJ45 223, une prise de relais 224.200 also includes a cable 220 to an external power supply, a processor 218 (typically a CPU, Central Processing Unit), an on / off button 219, an indicator light 221 which lights up in operating state, and sockets for the data exchange, for example: a USB socket 222, RJ45 sockets 223, a relay socket 224.
De manière avantageuse le boîtier de distribution et de mesure 100 selon l’invention est disposé à proximité de la machine de coulée, par exemple à proximité du moule, et la centrale de traitement 200 est disposée à proximité de la machine de refroidissement.Advantageously, the distribution and measurement box 100 according to the invention is arranged near the casting machine, for example near the mold, and the processing unit 200 is arranged near the cooling machine.
Dans une variante (non montrée sur les figures) on prévoit des moyens pour échanger des données et instructions entre la machine de refroidissement et la centrale de traitement de données. Ces moyens peuvent comprendre une liaison filaire ou sans fil entre ces deux unités. On peut par exemple configurer le système de refroidissement selon l’invention de manière à ce que des données sur les débits soient transférées, à des intervalles réguliers ou irréguliers, ou encore en temps réel, de la centrale de traitement de données 200 vers la machine de refroidissement 30. On peut prévoir en plus que la machine de refroidissement puisse modifier en fonction de ces données de débit les paramètres du cycle de refroidissement, par exemple les débits, la pression, la température du fluide etc.In a variant (not shown in the figures), means are provided for exchanging data and instructions between the cooling machine and the data processing center. These means may include a wired or wireless link between these two units. It is for example possible to configure the cooling system according to the invention so that data on the flows are transferred, at regular or irregular intervals, or even in real time, from the data processing center 200 to the machine. cooling 30. In addition, provision may be made for the cooling machine to modify the parameters of the cooling cycle as a function of this flow rate data, for example the flow rates, the pressure, the temperature of the fluid, etc.
On décrit ici un procédé pour détecter l’encrassement des conduits du doigt de refroidissement 1 jusqu’au boîtier de distribution et de mesure 100.A method is described here for detecting fouling of the conduits of the cooling finger 1 up to the distribution and measurement box 100.
Dans une première étape on paramètre la centrale de traitement 200, notamment en fixant au moins un seuil d’alerte. Ce seuil d’alerte peut être le même pour chaque doigt de refroidissement relié à un boîtier de distribution et de mesure (le circuit entre le débitmètre et le doigt de refroidissement étant appelé ici « circuit de doigt de refroidissement >>), ou il peut être différent pour les différents circuits de doigt de refroidissement. Cette étape utilise avantageusement les moyens de la centrale de traitement permettant la visualisation de données et l’entrée de données par un utilisateur (interface utilisateur), par exemple un écran tactile 202.In a first step, the central processing unit 200 is configured, in particular by setting at least one alert threshold. This alert threshold can be the same for each cooling finger connected to a distribution and measurement box (the circuit between the flow meter and the cooling finger being called here “cooling finger circuit”), or it can be different for different cooling finger circuits. This step advantageously uses the means of the central processing unit allowing data visualization and data entry by a user (user interface), for example a touch screen 202.
Dans une deuxième étape on mesure, pour chaque circuit de doigt de refroidissement, les débits par l’intermédiaire du boîtier de mesure et de distribution.In a second step, the flow rates are measured for each cooling finger circuit via the measurement and distribution box.
Dans une troisième étape on analyse, pour chaque circuit de doigt de refroidissement, ces mesures de débit et on détermine le débit de liquide caloporteur.In a third step, these flow measurements are analyzed for each cooling finger circuit and the flow of heat transfer liquid is determined.
Dans une quatrième étape on compare ce débit au seuil d’alerte, et si le seuil d’alerte est atteint l’alerte est déclenchée pour avertir le personnel du besoin d’effectuer des opérations de maintenance.In a fourth step, this flow is compared to the alert threshold, and if the alert threshold is reached the alert is triggered to warn the personnel of the need to carry out maintenance operations.
Le seuil d’alerte peut être programmé pour un circuit de doigt de refroidissement particulier, ou pour un groupe de circuits de doigt de refroidissement particuliers, ou encore pour l’ensemble de l’installation. Sur l’interface utilisateur il est avantageusement exprimé en unité de volume par cycle de refroidissement ou en unité de volume par unité de temps.The alert threshold can be programmed for a specific cooling finger circuit, or for a group of specific cooling finger circuits, or for the entire installation. On the user interface, it is advantageously expressed in volume units per cooling cycle or in volume units per time unit.
On peut programmer plusieurs seuils d’alerte, par exemple un premier seuil qui indique que l’installation est en train de s’encrasser, ou présente une petite fuite, mais peut être utilisé pour terminer la campagne de production en cours, et un deuxième seuil qui indique que le débit est trop faible pour que la machine de refroidissement puisse remplir sa fonction de refroidissement de manière efficace.Several alert thresholds can be programmed, for example a first threshold which indicates that the installation is clogging up, or has a small leak, but can be used to end the current production campaign, and a second threshold which indicates that the flow rate is too low for the cooling machine to be able to perform its cooling function effectively.
Le système de refroidissement selon l’invention peut être utilisé avec différents types de machines de coulée, et pour la coulée de différentes matières à l’état de fusion. Par exemple, on peut l’utiliser avec une machine de coulée de type presse à injection pour la fonderie d’aluminium. Pour cette utilisation, qui a été décrite ci-dessus, il est important d’effectuer une purge du doigt de refroidissement avec un gaz comprimé pour chasser le liquide caloporteur avant le début de l’injection d’aluminium liquide, car le contact accidentel entre des résidus d’eau et l’aluminium liquide risque de provoquer une explosion.The cooling system according to the invention can be used with different types of casting machines, and for the casting of different materials in the molten state. For example, it can be used with an injection press type casting machine for aluminum casting. For this use, which has been described above, it is important to perform a purge of the cooling finger with a compressed gas to expel the heat transfer liquid before the start of the injection of liquid aluminum, since the accidental contact between water residue and liquid aluminum may cause an explosion.
Si la matière à l’état de fusion est une matière polymérique, ce risque d’explosion n’existe normalement pas. Dans ce cas, on peut choisir de ne pas purger les circuits des doigts de refroidissement avant l’injection de la matière à l’état de fusion dans le moule. Par ailleurs, la vitesse de refroidissement est plus lente et la température de fusion est moins élevée comparé à la fonderie d’aluminium. De manière typique, le fonctionnement du procédé est donc différent de celui montré sur la figure 3 : si l’on évacue le liquide caloporteur, les cycles de refroidissement - évacuation sont plus courts et plus nombreux, ou on injecte le fludie caloporteur par pulsations. En particulier on peut conduire le procédé de refroidissement de manière à obtenir des paliers de température au niveau du doigt de refroidissement en contact avec la matière en cours de refroidissement.If the material in the molten state is a polymeric material, this risk of explosion does not normally exist. In this case, one can choose not to purge the circuits of the cooling fingers before the injection of the material in the molten state into the mold. In addition, the cooling rate is slower and the melting temperature is lower compared to the aluminum foundry. Typically, the operation of the process is therefore different from that shown in FIG. 3: if the heat transfer fluid is removed, the cooling-evacuation cycles are shorter and more numerous, or the heat transfer fluid is injected by pulsations. In particular, the cooling process can be carried out so as to obtain temperature levels at the level of the cooling finger in contact with the material being cooled.
L’invention peut être mise en œuvre avec des outils refroidis autres que des moules à injection, par exemples avec des moules pour moulage par gravité, des outils de forge, des outils des presse, des outils de découpe ou d’usinage. Ces outils sont notamment des outils à refroidissement interne, pourvus de canaux dans lesquels circule un liquide caloporteur ; dans ces outils le conduit de refroidissement n’est normalement pas aménagé dans un doigt de refroidissement inséré dans l’outil, mais directement dans l’outil.The invention can be implemented with cooled tools other than injection molds, for example with molds for gravity molding, forging tools, press tools, cutting or machining tools. These tools are in particular tools with internal cooling, provided with channels in which a coolant circulates; in these tools the cooling duct is normally not arranged in a cooling finger inserted in the tool, but directly in the tool.
ExemplesExamples
Exemple 1 : Qualification d’un débitmètre de type vortexExample 1: Qualification of a vortex type flowmeter
On a utilisé deux débitmètres de type vortex du commerce, provenant de fabricants différents. On les a intégrés dans un circuit de fluide du même type que celui utilisé dans une machine de type jet cooling. On a injecté de l’eau à des pressions différentes, et aussi de l’air à des pressions différents, et on a mesuré le paramètre représentatif du débit rendu par chacun des débitmètres. Pendant les mesures du débit d’eau on a recueilli l’eau dans un récipient ; c’est cette mesure de la masse d’eau recueillie pendant un écoulement à débit constant d’une durée donnée qui est considérée comme permettant d’établir la vraie valeur du débit.Two commercial vortex flowmeters from different manufacturers were used. They were integrated into a fluid circuit of the same type as that used in a jet cooling type machine. We injected water at different pressures, and also air at different pressures, and we measured the parameter representative of the flow returned by each flow meter. During the water flow measurements, the water was collected in a container; it is this measurement of the mass of water collected during a flow at a constant flow rate of a given duration which is considered to establish the true value of the flow rate.
Tableau 1 : Essais des deux débitmètres avec des fluides différentsTable 1: Tests of the two flowmeters with different fluids
S’il est vrai que ces deux débitmètres ne sont pas conçus pour mesurer un débit d’air, on constate que chaque débitmètre rend néanmoins un signal assez stable (correspondant respectivement à un débit d’eau de 10 L/min et de 0 L/min), extrême par rapport à sa plage de mesure théorique, qui permet d’identifier que le fluide est de l’air et non pas de l’eau.While it is true that these two flow meters are not designed to measure an air flow, we note that each flow meter nevertheless gives a fairly stable signal (corresponding respectively to a water flow of 10 L / min and 0 L / min), extreme with respect to its theoretical measurement range, which makes it possible to identify that the fluid is air and not water.
Exemple 2 : Caractérisation d’un cycle de refroidissement completExample 2: Characterization of a complete cooling cycle
Cet essai vise à illustrer l’utilisation d’un système selon l’invention pour mesurer le débit dans les circuits de doigt de refroidissement d’une machine de coulée. La figure 6 montre l’évolution du débit dans un doigt de refroidissement sur un cycle complet de refroidissement - évacuation. Les trois phases du cycle sont clairement identifiables : d’abord la circulation d’eau pour le refroidissement (zone E), ensuite la circulation d’air pour l’évacuation (zone A), et enfin le teste de fuite (zone F).This test aims to illustrate the use of a system according to the invention for measuring the flow rate in the cooling finger circuits of a casting machine. Figure 6 shows the evolution of the flow in a cooling finger over a complete cooling - evacuation cycle. The three phases of the cycle are clearly identifiable: first the circulation of water for cooling (zone E), then the circulation of air for evacuation (zone A), and finally the leak test (zone F) .
Lorsque l’eau circule (zone E), le débit fluctue pendant quelques secondes avant d’atteindre une valeur très stable (environ t > 2 sec). Le temps d’établissement du débit stable dépend de la longueur du circuit. A la fin de l’injection d’eau (environ t = 29 sec) le débit diminue par palier pour atteindre la valeur de zéro (environ t = 32 sec).When the water is circulating (zone E), the flow fluctuates for a few seconds before reaching a very stable value (approximately t> 2 sec). The time to establish stable flow depends on the length of the circuit. At the end of the water injection (approximately t = 29 sec) the flow rate decreases in stages to reach the value of zero (approximately t = 32 sec).
Lors de la purge d’air (zone A), le débit mesuré s’installe plus difficilement car l’air chasse d’abord l’eau ; le débitmètre mesure une valeur arbitraire qui est parfaitement stable et reproductible (voir l’exemple 1 ci-dessus). A la fin de l’injection d’air le débit mesure chute très rapidement à zéro (environ t = 60 sec).During the air purge (zone A), the measured flow rate is more difficult to install because the air first flushes out the water; the flow meter measures an arbitrary value which is perfectly stable and reproducible (see example 1 above). At the end of the air injection, the measured flow rate drops very quickly to zero (around t = 60 sec).
Pendant le test de fuite (zone F), l’air reste statique dans le circuit (sauf en cas de fuite) et aucun débit n’est détecté au niveau du débitmètre (zone F1) En revanche, lorsque l’électrovanne est ouverte pour que la surpression d’air puisse s’échapper le débitmètre mesure la valeur arbitraire caractéristique d’un débit d’air (zone F2) jusqu’à la disparition de la surpression.During the leak test (zone F), the air remains static in the circuit (except in the event of a leak) and no flow is detected at the level of the flow meter (zone F1) On the other hand, when the solenoid valve is open for as the air overpressure can escape the flow meter measures the arbitrary value characteristic of an air flow (zone F2) until the overpressure disappears.
Le fait que le débitmètre affiche une valeur extrême et reproductible pendant la purge d’air (zone A) est utilisé pour identifier le débit de la zone E comme représentatif de la circulation d’eau. Autrement dit : il est possible de déterminer la quantité totale d’eau qui a circulé dans le circuit de doigt de refroidissement pendant un cycle complet à partir de la seule courbe de débit selon la figure 6, sans disposer d’autres informations sur la signification des signaux issus du débitmètre.The fact that the flow meter displays an extreme and reproducible value during the air purge (zone A) is used to identify the flow in zone E as representative of the water circulation. In other words: it is possible to determine the total amount of water which has circulated in the cooling finger circuit during a complete cycle from the single flow curve according to FIG. 6, without having other information on the meaning signals from the flow meter.
Exemple 3 : Caractérisation de l’encrassementExample 3: Characterization of fouling
Cet essai vise à mettre en évidence la relation entre l’encrassement des circuits et l’évolution du débit. On a utilisé le système selon l’invention pour mesurer le débit dans les circuits de doigt de refroidissement d’une machine de coulée. Les résultats sont rassemblés dans le tableau 2. On note que les valeurs du débit d’air mesurées par le débitmètre à effet vortex sont arbitraires, mais les valeurs du débit instantané sont constantes sur la plage de débit explorée. La mesure du débit d’air ne permet pas de détecter l’encrassement des circuits. En revanche, la détermination du débit d’eau, et particulier du débit cumulé, permet de détecter l’encrassement des circuits.This test aims to highlight the relationship between fouling of circuits and changes in flow. The system according to the invention was used to measure the flow rate in the cooling finger circuits of a casting machine. The results are collated in Table 2. It is noted that the values of the air flow measured by the vortex effect flow meter are arbitrary, but the values of the instantaneous flow are constant over the range of flow explored. Air flow measurement does not detect fouling of circuits. On the other hand, the determination of the water flow, and in particular the cumulative flow, makes it possible to detect fouling of the circuits.
Tableau 2 : Essais dans deux circuits (encrassé, non encrassé) avec des fluides différentsTable 2: Tests in two circuits (dirty, not dirty) with different fluids
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