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La présente invention a pour objet la régula-
tion d~ chauffage par air chaud de moules de fonderie
pour divers alliages mais particulièrement l'aluminium
et destinés à être coulés en basse-pression.
; 5 On sait que si l'on coule des moules en sable
synthétique (silice, zircon par exemple liés par des
résines organiques) sans les chauffer préalablement,
on obtient des pieces avec des risques importants de
défauts (soufflures, microporosités).
Le chauffage est généralement effectué en
étuve pour les noyaux et au chalumeau pour les moules.
Le moule est ensuite remoulé et fermé avant la coulée.
Mais le chauffage au chalumeau est irrégulier,
pour ne pas toucher toutes les surfaces et dans l'inter-
valle de temps nécessaire au remoulage avant coulée,
les produits volatils peuvent revenir vers l'empreinte.
Dans la coulée basse-pression de moules en
sable, le métal est injecté de bas en haut par la surface
inférieure au moule qui présente donc un orifice à
l'inverse des coulées par gravité. Par ailleurs, le
moule n'ayant pas de masselottes, est sans orifice a la
partie supérieure.
I1 est donc possible d'adapter a la partie
inférieure une entrée d'air chaud ce qui permet:
- un chauffage sur moule remoul~, pret pour
la coulée,
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- un chauffage centrifuge repoussant les
produits volatils vers l'extérieur de l'empreinte,
- une possibilité de couler dès l'interrup-
tion du séchage.
Mais ces séchages sont conduits empiriquement,
temps, températures, débits étant ceux retenus pour avoir
donné de bons résultats. Ils doivent donc être établis
statistiquement pour chaque type de piece.
Dans la présen~ invention le séchage à l'air
chaud est régulé pour effectuer le séchage minimum en
temps et en intensité permettant d'assurer des conditions
satisfaisantes avant coulée sous basse-pression.
La méthode consiste en une décomposition de
l'opération de séchage en diverses phases affectées de
' 15 paramatres et une régulation permettant d'obtenir ces
, param~tres.
Le séchage sous air chaud de moules sable sous
basse-pression comporte deux phases essentielles:
PHASE I. La concentration en matières volati-
les re~te sensiblement constante ou monte puis repasse asa valeur d'origine.
PHASE II. La concentration décroit de cette
valeur à la valeur o.
Dans le procédé on remplace cette phase II de
décroissance vers zéro par une PHASE III de décroissance
lente de la concentration qui constitue un maintien
avant coulée; le séchage est considéré comme satisfaisant
~,~
......
'~ 1173539
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à la fin de la phase ~, des le passage au dessous de la
valeur d'origine.
Cette faible vitesse de décroissance pour
assurer le maintien avant coulée est introduite dans
un p.ilote pour asservir une vanne automatisée qui
commande l'arrivee d'air dans le moule.
Dans les dessins:
- la figure 1 représente le dispositif de
séchage selon l'invention;
- la figure 2 montre les deux phases
essentielles I et II ainsi que la phase III de décrois-
sance; et
-- la figure 3 est un schéma représentant
l'ensemble de la regulation.
La réalisation comprend selon figure:l :
- un moule en sable (1)
- posé sur une plaque (2)
- avec son empreinte (3)
- son système de coulée (4)
- son c8ne d'entrée (5)
- une canalisation d'air chaud (6)
- un tube d'entrée d'air dans le moule ~7)
- une vanne automatisée (8)
- un dispositif de mesure avec une cloche (9)
- une électrode de dosage (10)
- un enregistreur de concentration (11)
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- un pilote d'automatisation (12)
- un circuit de commande (13)~ de la vanne
automatisée (8) par le pilote (12)
Le PILOTE comprend:
- un ensemble ent:rées-sorties
- un ensemble calculateur
- un ensemble mémoires
et peut être constitué autour de microprocesseurs et
d'horloges électroniques.
ENSEMBLE ENTREES-SORTIES. Il y est introduit
les paramètres de la courbe de base (figure 2), soit:
- la Vitesse V3 de diminution de concentration
en matieres volatiles
- l'intervalle de temps de mesure QT
La concentration ~ l'origine CO est prise comme
zéro deans le système.
ENSEMBLE CALCULATEUR
- reçoit l'indication de variation de concen-
tration réelle dans le temps aT soit QCR.
- calcule la variation théorique de concentra-
; tion a obtenir dans le meme intervalle ~T par la relation:
hCT = V3 QT
- compare aCR et acT
- commande - la fermeture de la vanne automa-
tisée si ~CR~ QCT
- l'ouverture de la vanne si QCR ~ acT
,~
. ' ~ . ,
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L'objectif du procédé est la régulation du
séchage a l'air chaud afin d'obtenir le séchage appro-
prié à chaque type de pièce avec le minimum de temps
et de dépense énergétique.
A cet effet, on régule essentiellement le
débit d'air chaud envoyé dans le moule à sécher pendant
une durée prédéterminée comprenant un point de départ
(temps t~) et un point d'arrivée (temps t~). Pendant
cette durée on contraint la courbe de variation de la
concentration en matières volatiles extraites du moule
(concentration mesurée en 9, 10) à s'aligner sur une
courbe dite optimale pour le type de moule considéré
et le type d'alliage considéré.
Cette courbe optimale est variable selon les
types de moule et d'alliage et est déterminée au
préalable puis mémorisée dans le pilote 12. Elle
sert de référence au pilote.
Le point de départ du pilotage est pris,
arbitrairement, au moment o~ la concentration C
Z~ (Fig. 2) après être passée par un maximum repasse à la
valeur C. d'origine. On pourrait prendre un autre
point sur la courbe de variation de la concentration en
fonction du temps. Pendant la phase I de séchage le
pilote 12 n'est pas en action. La concentration
d'origine, c'est-à-dire au départ du séchage, a une
certaine valeur C. Lorsque la concentration instantanée
~,
!
-' ~' 1173539
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mesurée en 9,10 augmente puis diminue au cours du sechage
elle va, à un certain moment, repasser par la caleur C..
C'est ce moment qui est choisi comme instant t~ pour
mettre le pilote 12 en action. A partir de cet instant
la courbe de la concentration suit la courbe en tiretes
III de la Fig. 2 au lieu de la courbe habituelLe en
trait plein de la phase II. Cette courbe est celle
imposée par le pilote et correspond à la courbe consi-
dérée comme optimale pour les types de moule et d'al-
liage considérés. De même, l'arrêt du séchage à l'ins-
tant t~ s'op8re en un point de la courbe en tiretes IIItel qu'a cet endroit le séchage, pour les types de
moule et d'alliage, est considéré comme pleinement
satisfaisant. Le point d'arr8t t~ sur la courbe III
peu~ var.ier dans de larges mesures et n'est pas repré-
senté sur la Fig. 2.
L'état de séchage du moule a la fin de laphase I, c'est-a-dire quand la concentration C repasse
a la valeur C. en décroissant (le pilote 12 n'~tant pas
en service~ n'est satisfaisant que dans un tres petit
nombre de cas. Dans la plupart des cas, il faut aller
b,ien au del~ et le procédé selon la demande offre le
meilleur rapport coût/qualité grâce au pilote 12.
L'état satisfaisant ou non satisfaisant du
séchage dépend de l'état de surface superficiel d'échan-
tillons de coulée de l'alliage considéré dans le mouleadéquat.
.
, ~
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C'est pourquoi, pour chaque cas, des
échantillons~ de coulée sont réalisés et analysés en ce
qui concerne leur état de surface afin de déterminer la
courbe optimale de séchage et l'instant optimal d'arrêt
S du séchage.
L'état de surface s'analyse habituellement par
le procédé dit du ressuage fluorescent ( fluorescent
sweating) consistant a détecter les microporisités à la
surface de la pièce coul~e. Ceci s'opère par un examen
visuel de la surface sous un éclairage ultra-violet.
A cet effet, l'échantillon de coulée est
immergé dans une huile fluorescente puis lavé a l'eau
pour enlever l'exces d'huile. Enfin, on poudre la
surface de talc ou de silice. L'huile fluorescente qui a
pénétré dans les défauts de surface n'est pas enlevée par
le lavage et dessine sur le talc sous les rayons W la
forme des défauts. Le plus ou moins grand nombre de
défauts de surface illustre bien l'état du séchage du
- moule.
Les corrélations dont il s'agit sont celles
existant entre l'état du surface d'échantillons de coulée
et le degré de séchage du moule ayant servi a la réali-
sation de ces échantillons. Cette technique est empirique
mais permet de bien déterminer l'état de siccité
satisfaisant et acceptable de chaque moule en ~onction
de chaque type de moule et de chaque alliage a aouler.
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Au cours de la phase III, à tout instant t
le long de l'éch.elle des temps entre la valeur de départ
t~ et la valeur d'arrivée t~, le pilote va comparer ::
la valeur de la concentration C mesurée en 9,10 a
la valeur correspondant au temps t considéré pour la
courbe optimale affichée dans le pilote 12 correspondant
elle-meme au type de moule utilisé et au type d'alliage
considéré. Selon le sens du résultat de la comparaison
(.voir Fig. 3) le pilote agit automatiquement sur la
vanne 8 pour contraindre la variation de la concentra-
tion a coller au plus près à la courbe prédéterminée
; comme optimale et mémorisée en tant que référence dans
1~ pilot~ 12.
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