Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
~4974~L
La présente lnvention concerne un ~ppareillage pour
le moulage sous basse pression.
On conna~t déjà des procédés de moulage, dits "sous
basse pressio~", dan~ lesquels on applique une surpression de gaz
à la surface libre d'un matériau de mo~lage à l'état liquide con-
tenu dans un creuset logé dans une enceinte étanche, par exemple
un four étanche. ~e matériau de moulage peut être en métal, un
alliage ou une résine synth~tlque.
~ a surpression créée dans l'enceinte étanche fait
remonter le matériau liquide dans un tube plongeur qui communique,
à son extrémité supérieure, avec un mouLe percé d'orifices d'échap-
pement de gaz. Sur le tube plongeur9 entre le creuset et le moule,
est interposée une chambre de compression-détente qui comporte un
premier et un deuxième compartiments communiquant entre eux, le
deuxième compartiment formant une cloche à gaz dans la phase de
mise en surpression de l'enceinte étanche~
Après solidification~ au moins partielle, du matériau
' liquide dans le moule, on équilibre les pressions de gaz dans
l'enceinte étanche et dans le deuxiame compartiment, puis o~ réta-
blit la pression atmosphérique dans ces deux volumes pour laisserretomber le mat~riau non solidi~i~ dans le creuset.
Un appareillage de moulage, pour la mise en oeuvre de
ce procédé, notamment dans le cas de moulage de pi~ces creuses,
a été décrit dans le brevet américain No 3.761.218 au nom de la
Société dite: Cie PECHINEY. ~ :
Dans un tel appareillage, il est prévu que la mise e.n
pression de l'enceinte étanche peut qe faire au.moyen d'air compr~
mé au au ~oye.n d'un gaz neutre vis-à-vis du mat~riau ~ mouler.
Cependant, 1l est apparu que, notamment pour la coul~e
des métaux et alliages par le proc~d~ sous basse pression~ il y a
pratiquement toujours des phénomanes d'oxydation, souvent impor-
tan-ts, dans le métal liquide lors de la mise en dépression pour
,`\;.~ '' ' ~ '''' '
~0497~L
faire redescendre le metal non solidifie dans le tube plongeur,
puis dans le creuset.
En effet, la separation entre la par-tie solidifiee et
la partie liquide n'est jamais franche et des elements à l'etat
pâteux se detachent, s'oxydent et viennent s'accumuler à la
surface du liquide, dans le tube plongeur. A chaque opération de
remplissage du moule, il y a accumulation d'oxydes qui sont
envoyes dans la pièce et peuvent diminuer ou alterer la qualite de
la pièce moulee.
De tels phenomènes peuvent se produire même si le gaz
comprime utilise pour la mise en pression de l'appareillage est
un gaz neutre.
L'appareillage faisant l'objet de la présente invention
permet d'éviter la formation des oxydes, de les éliminer s'ils se
sont formés accidentellement et enfin de faciliter les opérations
de dégazage dans l'appareillage lui-même, ce qui étan-t impossible
jusqu'à présent.
Plus particulièrement, l'invention vise un
appareillage de moulage sous basse pression du type qui comprend
un moule dont l'extrémité inférieure communique avec une chambre
de compression-détente communiquant elle-même, par un tube
plongeur, avec un creuset logé dans une enceinte étanche,
la chambre de compression-détente comportant un premier et un
deuxieme compartiments communiquant entre eux par leur partie
inférieure et le deuxieme compartiment étant pourvu, ~ sa partie ~-
supérieure,d'une tubulure de sortie qui est raccordée à une source
de gaz sous pression, le gaz étant un gaz neutre vis-à-vis du
matériau de moulage contenu dans le creuse-t, une première vanne
d'arrêt et un dispositif de contrôle du débit de gaz étan-t inter-
posés entre la tubulure de sortie et la source de gaz neutre,et l'enceinte étanche étant pourvue d'une tubulure de mise
en compression raccordée a une source d'air comprimé avec inter-
2 -
- : : - .. , . , ..... . . . : ,
1~)4~74~
posi-tion d'une deuxième vanne d'arret. L'appareillage de
moulage suivant l'invention est caracterise en ce qu'il comporte
un dispositif automatique d'alimentation et de dosage en gaz
neutre et en air comprime interposé sur la tubulure de sortie
et sur la tubulure de mise en compression. Ce dispositif
automatique d'allmentation et de dosage comprend un cylindre
a axe horizontal monte librement oscillant autour de son axe, -
le cylinare etant separe par une cloison diametrale en deux
compartiments communiquant entre eux par au moins un orifice
menage dans la zone inférieure de la cloison; le cylindre est
rempli partiellement dlun liquide. Le premier compartiment
communiquant, a sa partie superieure, avec la tubulure de sortie
tandis que le deuxieme compartiment communique, à sa partie
superieure, avec la tubulure de mise en compression.
Dans une Eorme de réalisation préEérée, le premier
compartiment communique avec la tubulure de sortie au moyen
d'une tubulure souple branchée entre la premiere vanne d'arrêt
et le dispositif de controle du débit de gaz interposés entre
la source de gaz neutre et la tubulure de sortie. Le deuxième
compartiment peut également communiquer avec la tubulure de mise
en compression par une tubulure souple branchée entre la deuxieme
vanne d'arret et la tubulure de mise en compression.
De fac,on avantageuse, le cylindre est pourvu de moyens
de rappel vers une position d'équilibre dans laquelle la cloison
diamétrale précitée est verticale, -
La séparation des fonctions des gaz permet d'éviter
les inconvénients dus à l'oxydation, ce résultat étant --
obtenu en utilisant seulement un volume faible et dosé de gaz
neutre comprimé (par exemple azote ou argon), puisque la mise en
pression principale de l'appareil se fait au moyen d'air comprimé. -
~
Suivant une forme de mise en oeuvre de l'invention,avant chaque opération de moulage, on injecte le gaz neutre sous
', ' . '
',' ~'
- 3 -
~; ' ' '~'
74~
faible débit dans le deuxieme compartiment; on ferme de facon
étanche le deuxième compartiment rempli de gaz neutre, puis on
applique la surpression d'air comprimé à l'enceinte précitée
après solidification au moins partielle, on injec-te à nouveau du
gaz neutre dans le deuxième compartiment et on remet ladite
enceinte à l'air, tandis qu'on maintient un débit de gaz neutre
dans le deuxième compartiment pendant que le matériau non soli-
difié retombe dans le creuset.
Suivant une forme avantageuse de mise en oeuvre de
l'invention, à la fin d'une opération de moulage et lorsque la
totalité du matériau non solidifié est retombé dans le creuset,
on prolonge temporairement le débit du gaz neutre dans le
deuxième compartiment, le gaz neutre s'échappant par le tube
plongeur et le creuset, pour débarrasser le tube des impuretés
et barbotter dans le matériau liquide, avant de s'échapper à la
surface libre de celui-ci.
Le dispositif au-tomatique de distribution d'air comprimé
et de gaz neutre suivant l'invention est très simple de construc-
tion, il évite toute possibllité de fuite entre les deux zones
(air et gaz neutre) et il assure un dosage précis et constant des
gaz neutres de balayage, ce qui améliore la qualité métallurgique
des moulages.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la
description détaillée qui suit e-t à l'examen des figures jointes,
données dans un but non limitatif.
Sur ces dessins: - -
la figure 1 est une vue schématique en coupe d'une
installation de coulée basse pression, connue dans l'art antérieur;
la figure Z est une vue partielle en coupe d'un autre
mode de réalisation d'un tel appareillage de coulée;
la figure 3 est une autre vue en coupe du même
appareillage illustrant les opérations de désoxydation et
degazage;
-- 4 --
,
~ 49'74~L ~
la figure 4 représen-te un dispositif automatique
. .... .. . .
d'alimentation en gaz neutre conforme a l'invention, applicable
à un appareillage de coulée basse pression;
les figures 5 et 6 montrent, dans deux positions
différentes, le cylindre utilisé comme organe doseur dans le
dispositif d'alimentation de la figure 4. ~-
On a représenté à titre d'exemple sur la figure 1, pour
illustrer le procédé de moulage sousbasse pression, une installa-
tion de coulée basse pression du genre décrit dans le brevet
américain précitée.
Il suffit de rappeler que l'installation comprend une . :
enceinte étanche 2, par exemple un four, dans laquelle est logé
un creuset 4 contenant le matériau de moulage 6, par exemple un .` -
métal ou un alliage léger, à l'état liquide. Un tube plongeur 8, :
vertical ou oblique, plonge dans le métal liquide et communique,
à son extremité supérieure, avec un moule 10, une chambre de .
compression-détente 12 étant interposée entre le tube plongeur
et le moule. Le moule 10 comporte, ~ son extrémité supérieure, ~ ..
un dispositif 14 d'échappement de gaz.
La chambre 12 se compose d'un premier compartiment 16 .:
et d'un deuxième compartiment 18 qui communiquent à leur partie
inférieure par un orifice 20. Le deuxième compartiment 18, qui
forme une cloche à gaz pouvant renfermer un "coussin" 22 de gaz
sous pression, est pourvu, a sa partie supérieure, d'une tubulure ;;
de sortie 24. . :
L'enceinte 2 est, de son côté, pourvue d'une tubulure de
mise en pression 26. :.
Sur la tubulure 24 sont interposés une vanne d'arrêt
28 et un dispositif limiteur de débit ou débitmètre 30, l'autre ~ -
extrémité 32 de la tubulure 24 étant raccordée à une source de gaz
neutre (désignée par la référe.nce N sur la figure 1) vis-à-vis du : `
matériau à mouler, par exemple vis-à-vis d'un alliage d'aluminium.
A'1
,.
1049741
On utilisera par exemple de l'azote, de l'argon ou tout autre gaz
ayant les mêmes propriétés et qui permet de créer une atmosphère
non oxydante dans la zone supérieure du métal liquide.
Sur la tubulure 26 est interposée une vanne 34 à trois
positions permettant de raccorder sélectivement l'enceinte 2 à
une source d'air comprimé (désigné par la référence A sur la
figure 1), ou à une tubulure 36 débouchant à l'air atmosphérique,
ou de fermer de façon étanche l'enceinte 2.
Dans la première phase opératoire du procédé, le moule
venant d'être refermé après extraction de la précédente pièce ~ `
coulée, la vanne 34 est fermée, l'enceinte 2 étant ~ la pression
atmosphérique, et la vanne 28 est ouverte, le débitmètre 30
fournissant une légère fuite de gaz neutre (par exemple de l'ordre
de 1 l/mn) qui établit un balayage à faible pression du système
d'alimentation.
Dans la deuxième phase opératoire du procédé, on inter-
rompt l'arrivée de gaz neutre en fermant la vanne 28 et on ouvre
la vanne 34 sur la source d'air comprimé (position représentée sur
la figure 1) pour la mise en pression du moule. Le métal liquide
monte dans le tube plongeur 8, dans la chambre de compression-
détente 12 et dans le moule 10. Le métal liquide comprime,
dans le deuxième compartiment 18, un coussin de gaz neutre 22.
Pendant la solidification totale ou partielle de la
pièce à mouler (selon qu'on fabrique des pièces pleines ou
creuses), on referme la vanne 34, pour maintenir la pression de
remplissage.
Dans la troisième phase du procédé, c'est-à-dire lorsque -
la pièce à mouler est complètement ou partiellement solidifiée, -
et justeavant la mise en retour de pression atmosphérique de
.
l'enceinte 2, on rouvre la vanne 28 pour injecter une petite ~ ;
quantité de gaz neutre dans le compartiment 18, jusgu'à ce que le
niveau du liquide dans ce compartiment soit tel que le gaz neutre
puisse s'échapper dans la partie supérieure~du compartiment 16.
1~34974~
Cette condition de l'installation est représentee sur la figure 2
qui represente partiellement une variante de realisation preferee.
La vanne 34 etant remise à l'atmosphère, on limite
l'arrivee de gaz neutre par la tubulure 24 à un tres léger debit
pendant la descente complète du metal dans le tube, jusqu'à la
fin de la depression, ce qui permet, dans la quatrième phase du
procede, d'enlever la pièce moulee en conservant, jusqu'à la
prochaine operation, une atmosphère neutre dans le système
d'alimentation.
Dans la variante des figures 2 et 3, les ~lements ~,
essentiels portent les mêmes references que sur la figure 1, le
tube plongeur 8 etant toutefois vertical au lieu d'être oblique
et la chambre de compression-detente 12 presen-tant une structure
particulière.
Cette chambre a une forme de révolu-tion autour de l'axe
vertical et elle peut être composée de deux parties 38-40, sensi-
blement tronconiques, assemblées entre elles (ou d'une seule
partie moulée) et de formes telles que le premier compartiment 16
20 de la chambre se trouve au centre de celle-ci, tandis que le
deuxieme compartiment 18 a une forme annulaire autour du premier
compartiment.
Lorsque le niveau du metal, ou plus généralement du
matériau à mouler, atteint dans la chambre,au cours de la
deuxieme phase opératoire, le niveau 42 (indiqué en traits inter-
rompus sur la figure 2) correspondant au niveau représenté sur
la figure 1, une certaine masse de gaz neutre se trouve empri-
sonnée dans la partie haute étanche 22 du volume torique du
deuxieme compartiment 18.
Lorsque le métal liquide atteint le niveau 42, les deux
compartiments sont délimités par la cloison annulaixe 44 qui
plonge dans le métal liquide.
- 7 -
~.. ,i, .::: .
- ~L04974~
La figure 2 illustre plus précisement la troisieme
phase opératoire du procede, c'est-à-dire celle où, après solidi-
fication complete ou par-tielle de la pièce a mouler 46, on injecte
par la tubulure 24 une petite quantite de gaz neutre jusqu'a ce
que le niveau du liquide 48 dans le volume torique soit tel que le
gaz neutre puisse s'echapper (voir les flaches 50) dans la partie
centrale superieure de l'apparei]..
On fait figurer egalement sur les figures 2 et 3 un
systeme de securite 52 constitue par deux electrodes du contacts
qui sont mis en court-circuit si le metal monte au-dessus du
niveau prevu dans le compartiment 18 (par exemple en cas de
mauvaise etancheite de ce compartiment due a une fuite sur la
tubulure 24 ou en amont de celle-ci). Le systeme de securite
interrompt alors automatiquement la mise sous pression de
l'enceinte 2.
La figure 3 illustre plus particulierement les possibi-
lités de dégazage et de désoxydation. Lorsqu'on veut efEectuer
un tel traitement, il suffit de boucher la buse de communication
I avec le moule au moyen d'un bouchon étanche 54 et de mettre le gaz :.
neutre, par exemple de l'azote, amené par la tubulure 24 en
surpression pour faire barbotter ce gaz dans le bain liquide.
L'enceinte 2 est alors mise à l'air libre par un orifice 56 tqui
peut être l'orifice de remplissage par exemple) ou par la mise en
position convenable de la vanne 34 de la figure 1. Les oxydes
qui pouvaient s'être accumulés dans le tube 8 sont déplacés
vers la surface du bain, donc ils ne peuvent plus etre entraînes
dans la pièce à chaque remplissage et le me-tal liquide subit
un vigoureux degazage.
On a representé sur la figure 4 un dispositif doseur ~ .
d'alimentation en gaz neutre conforme à l'invention, pour un ~ :
appareillage de coulee basse pression du type decrit ci-dessus. -~
Le dispositif se raccorde à un appareillage identique a celui ~
':
\`7
~ .. ,.. , . . ~ .. ; ,.
10~974~
des figures 2 et 3, c'est pourquoi on a seulement représenté
partiellement l'enceinte 2 d'ou part la tubulure 26 et
la chambre de compression-détente 12 d'o~ part la tubulure 24.
Le dispositif d'alimentation comprend un cylindre
étanche 58 oscillant sur son axe 60 et séparé intérieurement par ~ :~
une cloison diamétrale 62 présentant un orifice 64 dans sa partie
inférieure. Ce cylindre est rempli à moiti.é d'huile ou tout autre ~:
liquide non volatil, tres stable et inerte vis-a-vis du ~az choisi. ~ :
Deux arrivées sont prévues en 66 et 68 débouchant dans les parties
, ;,
~''~; .
.~ ,
~ ~ .
'~.
.~ .
." '
' - 8a -
~ 049741
superieures des volumes respectifs Y1 et V2. Ces arriYées sont
reliées e~ tuyauteries très souples 70-72 au ce.ntre d'oscillation
et un lest léger 74 maintient normalement le cylindre dans la
positio~ représent~e sur la figure 4.
. La tubulure 24, débouchant en haut de la chambre de
compression-détente 12, est reliée ~ l'orifice 66 (co~muniquant
avec le volume V1) par l'intermédiaire d'un conduit souple
n'i~fluençant pas les oscillations du cyli~dre autour de son axe ..
60.
10Entre le cylindre 58.et la chambre 12 sont interposées ~
une van~e 28 et une co~duite d'arrivée de gaz neutre ~ dosé par le .. : :
débitmètre 30, ~ouant également le r8le d'un détendeur.
~ 'orifice 68 (communiquant avec le volume V2) est rac-
cord~, ~galement par une conduite souple, ~ la tubulure 26 de
l'enoei.nte 2 qui est elle-m8me xaccordéei ~ la distribution d'air
comprimé ~ par l'intermédiaire de la van~e 34.
Dans la première phase opératoire, ~ui a ~té décrite :.
précédemment, c'est-à-dire lorsque le moule a été referm~ apr~s
extractio~ de la dernière pièce coulée, le cyli~dre 58 est en
équilibre, aYec sa cloison 62 verticale, comme repré~enté sur la
figure 4, ~a vanne 28 est ouverte, le débitm~tre ~0 donnant a
faible pression un balayage (par exemple de l'ordre de 1 l/mn) du .:
syæteme d'alimentation et mainte~ant le ga~ .neutre dans V1, ~ la
pression atmosphéri~ue. ~a vanne 34 est fermée, l'enceinte 2 est
la pression atmosphérique, de m~eme que le volume V2. ; ::~
Dans la deuxiame phase opérato~re, il suffit de rappeler .-~:
qu'on ouvre la vanne 34 pour mettre en pression l'e.nceinte 2 et -
qu'o~ ferme la vanne 28 pour fermer de ~açon étanche le volume
supérieur 22 du deuxième compartime.nt de la chambre 12
3~~'augmentation de pressio.~ en Y2 pousse le liquide du
cylindre vers la gauche et fait osciller le cyli~dre e~l comprimant ..
le gaz oontenu dsns V1 (pos1tlDn rspréssntéG s~r la fi~Dlre 5).
~, ~ "9- ' " .~ '.
~ 974~L
~ e débitmatre 28 fonctionnant comme un détendeur, se
ferme automatiquement SOU9 1 ~ effet de 1'augmentation de pressio~
dans V1. I.'équilibre de la rotation du cylindre 58 est attei~t
des que le moule est rempli et les pressions sont sensiblement
équilibrées en V1 et V2, du fait que le lest 74 est très faible
et est juste suffisant pour compenser les fxottement~ e~ retour
l'équilibxe initial.
A la fin de la deuxième phase, on laisse la pibce moul~e
æe solidifier (totalement ou partiellement) en maintenant la mise
en pression de remplissage (la VaD~e 34 étant fermée).
Dans la troisième phase op~ratoire, au moment de la mise
en retour de pressio~ atmosphérique, on ouvre la vanne 28 qui
assure la décompressio.n de V1 et sépare la partie ~olide de la
partie liquide au .niveau de la partie inf~rieure du moule, le
volume V1 diminue sous l'ef~et de l'expansio.n de V2, llmité,
puisque la vanne 34 est fermée.
~ e cylindre prend la position représentée sur la
figure 6. Grace a cette oscillatio~ supplémentaire du cylindre,
on injecte automati~uement une quantité dosée de ga~ neutre, comme
il a été indiqué précédemment ~ propos de la figure 2.
Il suffit ensuite de remettre la vanne 34 e~ communioa- :.
tio~ avec l'atmosphère pour décomprimer l'enceinte 2, la manoeuvre
de la vann~ 3~ pouvant ~tre command~e chronométriquement, par
exemple 2 ou 3 secondes aprbs ouverture de la vanne 28, ou bie~
pouvant 8tre commandée par un interrupteur de ~i~ de course 76
(figure 6) sur lequel agit le cylindre 58 e~ fin d!oscillation.
~ '~tmosph~xe de séparation est créée et la colonne de
liquide redesoend dans le tube.
Dans la ~uatri~me phase opératoire, le cylindre 58
revlent ~ sa position i~itiale d'équilibre de la figure 4, tandis
que l~ débitmètre 30 do~ne ~ nouveau un balayage ~ faible débit de
., ; ..
.
_ 10 -
~9497~
gaz neutre, puisqu'il n'est plus soumis a une contre-pression.
La piece est alors sortie du moule qui est ensuite refermé en
atmosphère neutre et le cycle recommence. :
, ,~
, ~ ~
' '~;, ~' :'
.~"
~. ' ' .
-- 11 ~ . .
