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CA 02513693 2005-07-19
WO 2004/067209 PCT/FR2004/000149
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Système automatisé de débourrage et dispositif de débourrage
La présente invention concerne un système automatisé de débourrage
de noyaux de coulée de pièces de fonderie, et les dispositifs de débourrage
s que comprend le système de débourrage.
Une pièce de fonderie comportant des parties creuses est
généralement moulée autour d'un mélange de sable et de résine, dit noyau
de coulée, de formes complémentaires à celles des parties creuses. Les
noyaux de coulée sont ensuite éliminés, en particulier lorsque la forme de la
io pièce de fonderie est complexe, en soumettant cette dernière à un martelage
afin de décrocher les noyaux de coulée de la pièce, puis à des vibrations afin
de désagréger les noyaux et d'évacuer les fragments par gravité.
II est connu, par la demande de brevet FR 2 711 931, un dispositif de
débourrage constitué d'un châssis relié à un support fixe par quatre
1s articulations cylindriques verticales, déformables transversalement de
façon
élastique, et disposées symétriquement par rapport à l'axe de symétrie du
châssis, qui correspond à son centre de gravité. Le châssis est constitué de
trois plaques symétriques horizontales reliées entre elles par deux âmes
soudées aux plaques. Deux moteurs à balourd, à axe de rotation vertical, et
go montés dans le plan de symétrie des trois plaques, de chaque côté du
châssis, permettent de secouer les pièces de fonderie à débourrer. Le
châssis comporte deux ouvertures rectangulaires à chaque extrémité du
châssis. Un vérin pneumatique est situé dans chacune de ces ouvertures,
afin de maintenir une pièce entre le vérin et un côté de l'ouverture, à chaque
2s extrémité du châssis. Ce dernier côté de l'ouverture est percé pour
permettre
de faire passer un marteau pneumatique qui vient marteler la pièce. Les
deux vérins sont montés en opposition l'un par rapport à l'autre. Un
inconvénient de ce dispositif de débourrage est qu'il est encombrant. De ce
fait, son implantation sur un site industriel entraîne de sévères contraintes
3o d'espace. Un autre inconvénient de ce dispositif est qu'il est lourd, donc
doté
de gros moteurs, ce qui entraîne un coût important de fabrication et une
consommation importante d'énergie. De plus, ceci entraîne une amplitude de
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mouvement relativement peu importante, donc une durée de désintégration
du noyau élevée. Un troisième inconvénient de ce dispositif est que l'accès
se fait par deux endroits situés à l'opposé l'un de l'autre, ce qui est peu
pratique pour 1e chargement des pièces. De plus, la mise en marche du
s dispositif ne peut commencer qu'une fois que deux pièces sont chargées et
serrées, chacune dans une des ouvertures du châssis, ce qui rend le temps
d'attente entre deux cycles assez long.
La présente invention a pour but de pallier certains inconvénients de
l'art antérieur en proposant un système automatisé de débourrage,
io caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de dispositifs de
débourrage,
chaque dispositif de débourrage étant constitué d'un châssis en forme de
fourche à deux branches, l'espace compris entre les deux branches de la
fourche étant destiné à accueillir une pièce à débourrer, et chaque dispositif
de débourrage étant enfermé dans une enceinte à une seule porte de
1s chargement de la pièce, et en ce que la pluralité de dispositifs de
débourrage
est disposée dans un rayon d'action d'un robot de chargement prévu pour
charger la pièce à débourrer, par une seule face du dispositif de débourrage,
dans l'espace du dispositif de débourrage prévu à cet effet.
Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de débourrage
2o du système de débourrage, caractérisé en ce que le châssis est muni d'un
unique espace permettant d'accueillir une pièce à débourrer, cet espace
étant situé à une des extrémités du châssis, en ce que le châssis est
supporté par quatre suspensions élastiques d'axe sensiblement vertical et
déformables transversalement, chaque suspension étant solidaire d'un socle,
2s en ce que le châssis est entraîné en vibration par deux moteurs à balourd
d'axe sensiblement vertical, fixés chacun d'un côté du châssis, à proximité de
deux des suspensions élastiques, et en ce qu'un dispositif de serrage de la
pièce à débourrer est monté sur l'une des branches du châssis, ledit
dispositif de serrage étant constitué d'un vérin sur lequel est montée une
3o plaque de serrage, permettant de serrer la pièce à débourrer entre la
plaque
et la surface intérieure de l'autre branche, les deux autres suspensions
élastiques étant disposées de façon à ce que le centre de gravité du
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dispositif de débourrage chargé reste entre les points de fixation des quatre
suspensions, pour que celles-ci supportent sensiblement la même masse.
Selon une autre particularité, le châssis est sensiblement horizontal,
les deux autres suspensions élastiques étant disposées à proximité de
s l'espace compris entre les deux branches du châssis, et les moteurs tournent
dans le même sens, entraînant une rotation du châssis autour de l'axe situé
à l'intersection entre le plan moyen des moteurs et le plan transversal au
châssis.
Selon une autre particularité, une ouverture est formée sur la branche
1o du châssis ne portant pas le vérin, cette ouverture accueillant l'extrémité
d'au
moins un marteau pneumatique, fixé sur au moins un montant solidaire du
socle, qui permet de marteler la pièce à débourrer lorsque cette dernière est
serrée dans le châssis, de façon à désagréger les noyaux de coulée.
Selon une autre particularité, l'espace compris entre les branches du
is châssis comporte un fond muni d'une ouverture, pour faciliter, à la fois,
le
serrage de la pièce à débourrer, et l'évacuation du sable hors du châssis.
Selon une autre particularité, le dispositif de débourrage comprend
deux paires de ressorts latéraux, d'axe sensiblement horizontal, solidaires à
la fois du, châssis et d'un montant fixé au socle, permettant !'entrée en
2o résonance du châssis.
Selon une autre particularité, le châssis est constitué d'un corps et
d'une tête, la tête comprenant les deux branches du châssis et étant solidaire
d'une tige traversant le corps du châssis, et entraînée en rotation autour de
l'axe du châssis grâce à un moteur.
2s Selon une autre particularité, le châssis est sensiblement vertical et
les moteurs tournent dans le sens opposé, entraînant un mouvement
alternatif en translation du châssis selon l'axe situé à l'intersection du
plan
moyen du châssis et du plan transversal aux moteurs passant par le centre
des moteurs.
30 ' Selon une autre particularité, le dispositif de débourrage comprend au
moins une paire de marteaux pneumatiques, fixée sur au moins un montant
solidaire du socle, qui permet de marteler la pièce à débourrer de chaque
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côté du châssis lorsque cette dernière est serrée dans l'espace compris
entre les deux branches du châssis, de façon à désagréger les noyaux de
coulée.
Selon une autre particularité, la plaque de serrage est équipée d'un
s système de soufflage pour favoriser l'évacuation du sable hors de la pièce à
débourrer.
D'autres particularités et avantages de la présente invention
apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après, faite en
référence aux dessins annexés, dans lesquels
1o - la figure 1 représente un dispositif de débourrage horizontal selon un
premier mode de réalisation,
- la figure 2 représente un dispositif de débourrage horizontal à
ressorts latéraux selon un deuxième mode de réalisation,
- la figure 3 représente un dispositif de débourrage horizontal rotatif
1s selon un troisième mode de réalisation,
- la figure 4 représente un dispositif de débourrage vertical selon un
quatrième mode de réalisation
- la figure 5 représente un système de débourrage à plusieurs
dispositifs de débourrage.
2o Le dispositif de débourrage, selon le mode de réalisation de la figure
1, comprend un châssis (1 ) en forme de fourche à deux branches (11, 12),
sensiblement horizontal. Le châssis (1 ) est supporté par quatre suspensions
(2) élastiques d'axe sensiblement vertical, pouvant se déformer
transversalement, et réparties sur un socle (3) de façon à supporter chacune
2s sensiblement la même masse. Le dispositif de débourrage comprend
également deux moteurs à balourd (4) fixés au châssis, chacun d'un côté, à
l'arrière de la fourche. L'espace (13) compris entre les deux branches (11,
12) du châssis (1 ) permet d'accueillir la pièce à débourrer. Elle est
maintenue
entre la paroi intérieure d'une des branches (12) et une plaque (non
3o représentée sur la figure 1, mais référencée 6 sur les figures 3 et 4)
sensiblement verticale, rendue solidaire, à l'aide de picots (50), d'un vérin
(5),
par exemple pneumatique, monté dans la paroi intérieure de l'autre branche
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(11 ). Ladite plaque comporte, dans une variante de réalisation non
représentée, des dispositifs de soufflage pour favoriser l'évacuation du sable
hors de la pièce à débourrer. L'espace (13) compris entre les branches (11,
12) du châssis (1 ) comporte un fond muni d'une ouverture (135), ce qui
s permet de faciliter, à la fois, la mise en place de la pièce à débourrer, et
l'évacuation du sable hors du châssis (1 ). La paroi de la branche (12) ne
portant pas le vérin (5) est munie d'une ouverture (125) par laquelle passe
l'extrémité d'au moins un marteau pneumatique (7), sensiblement horizontal,
monté sur un montant (8) fixé sur le socle (3). Dans le cas où le dispositif
1o comprend plusieurs marteaux (7), ces derniers sont disposés l'un au-dessus
de l'autre, perpendiculairement au plan moyen du châssis (1 ).
Les moteurs à balourd (4) du dispositif de débourrage selon le mode
de réalisation de la figure 1 tournent dans le même sens, lorsque le
dispositif
est en fonctionnement. Le mouvement résultant du châssis (1 ) entraîne alors
1s une rotation de la pièce autour de l'axe vertical (z-z) situé à
l'intersection du
plan (y-z) passant par la paire de moteurs (4) et du plan vertical (x-z)
transversal au châssis (1 ). Soumise à ce mouvement, la pièce est alors,
alternativement, en contact avec les marteaux (7), et pas en contact avec les
marteaux, ce qui permet un martelage de la pièce par les marteaux (7). Dans
ao une variante de réalisation, le martelage est effectué avant la mise en
marche des moteurs.
Le mode de réalisation de la figure 2 est le même que celui de la
figure 1, avec en plus quatre ressorts (9) latéraux, d'axe sensiblement
horizontal, qui sont fixés par paire de chaque côté du châssis (1 ),
2s transversalement à celui-ci. Une de leurs extrémités est fixée aux branches
(11, 12) du châssis (1), et leur autre extrémité à un montant (10) fixé sur le
socle (3). Les marteaux (7) pneumatiques de martelage, ainsi que la plaque
(6) qui se pose à l'extrémité du vérin (5), bien que non représentés sur la
figure 2, font partie du dispositif de débourrage selon ce mode de
réalisation.
3o La présence des ressorts (9) modifie la fréquence propre de résonance du
châssis (1 ) pour l'amener à la valeur de la fréquence de vibration des
moteurs (4). De cette manière, la fréquence de vibration du châssis est
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augmentée, par exemple d'un facteur 10, ce qui permet, avec un faible effort
d'excitation, d'obtenir une valeur d'amplitude acceptable pour le débourrage.
La prësence de ces ressorts (9) permet donc de réduire considérablement la
puissance, la taille et le poids des moteurs (4) à balourd. Ceux-ci n'ont en
s effet plus à fournir l'effort nécessaire à la vibration, mais uniquement à
exciter le dispositif à sa fréquence de résonance. Un variateur de vitesse
permet d'ajuster la fréquence d'excitation à la fréquence exacte du châssis
(1 ).
Dans le mode de réalisation de la figure 3, le châssis (1 ), en forme de
1o fourche sensiblement horizontale, est en deux parties : le corps (14),
d'une
part, et la tête (15), d'autre part. La tête (15) du châssis, constituée des
deux
branches (11, 12) de la fourche, est solidaire d'une tige (16) traversant le
corps (14) du châssis (1 ), et parallèle à l'axe (x-x) du châssis (1 ). Cette
tige
(16), guidée par un guide (17) à l'intérieur du corps (14) du châssis (1 ),
peut
is tourner autour de l'axe (x-x) du châssis (1 ) grâce à un moteur (18),
auquel
elle est reliée, qui est fixé sur le socle (3). Le corps (14) est supporté par
les
quatre mêmes suspensions (2) élastiques que dans le mode de réalisation
de la figure 1, réparties de façon à supporter chacune sensiblement la méme
masse. Le corps (14) vibre autour de l'axe vertical (z-z) grâce à deux
2o moteurs (4) à balourd tournant dans le même sens, d'axe sensiblement
vertical, et fixés au corps (14) du châssis (1 ), chacun d'un côté du châssis
(1 ). La tête (15) du châssis (1 ) comporte, comme dans le mode de réalisation
de la figure 1, un vérin (5), par exemple pneumatique, sur lequel se pose une
plaque (6) pour maintenir la pièce à débourrer dans l'espace (13) compris
2s entre les deux branches (11, 12). Le dispositif de débourrage comporte
également au moins un marteau pneumatique pour le martelage, non
représenté. Dans le mode de réalisation de ce dispositif, le martelage est
effectué avant la mise en route des moteurs. Ce mode de réalisation permet
également un excellent vidage du sable puisque la pièce peut étre tournée
3o sur 360°.
Dans le mode de réalisation de la figure 4, le châssis (1 ) est
sensiblement vertical. Comme dans le mode de réalisation de la figure 1, il
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est supporté par quatre suspensions (2) élastiques, d'axe vertical, fixées sur
un socle (3), ces suspensions pouvant se déformer transversalement de
façon élastique. De même que dans les autres modes de réalisation, elles
sont réparties de façon à supporter chacune sensiblement la même masse.
s Deux moteurs (4) à balourd tournant en sens opposé sont fixés au châssis,
chacun d'un côté d'une des branches (11 ). La pièce à débourrer est à serrer
dans l'espace (13) compris entre les deux branches (11, 12) du châssis (1), à
l'aide d'un vérin (5) par exemple pneumatique, sur lequel est posée une
plaque (6), et qui est monté dans la paroi intérieure de l'une des branches
io (11 ). Le mouvement résultant du châssis (1 ) entraîne alors un mouvement
alternatif en translation de la pièce selon l'axe horizontal (x-x) situé à
l'intersection du plan (x-z) moyen du châssis (1 ) et du plan (x-y)
transversal
aux moteurs (4) passant par le centre des moteurs.
Dans ce mode de réalisation, le dispositif de débourrage comprend au
1s moins deux marteaux (7) pneumatiques fixés par paire sur des montants
fixés sur le socle (3). L'extrémité des marteaux (7) ne se trouve plus dans le
châssis (1 ), comme dans le mode de réalisation de la figure 1, mais de
chaque côté de la branche (12) opposée â celle sur laquelle est monté le
vérin (5). Ainsi, le martelage est réalisé sur Les parties de la pièce à
2o débourrer qui dépassent de chaque côté du châssis (1 ). Ce mode de
réalisation est donc particulièrement bien adapté pour débourrer des pièces
de grandes dimensions: Dans une variante de réalisation, le martelage est
effectué avant la mise en marche des moteurs.
Dans tous les modes de réalisation décrits ci-dessus, le dispositif de
2s débourrage est enfermé dans une enceinte insonorisée (19) comportant un
accès (20) obturable automatiquement ou manuellement, permettant de
charger et de serrer une pièce à débourrer dans le dispositif de débourrage.
Le chargement et le déchargement peuvent se faire manuellement ou à
l'aide d'un robot (21 ).
3o Dans le cas où l'accès de l'enceinte au dispositif de débourrage est
obturable automatiquement, et où le chargement et le déchargement sont
robotisés, plusieurs dispositifs de débourrage peuvent être utilisés
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simultanément pour débourrer plusieurs pièces en même temps, comme cela
est représenté sur la figure 5. Pour cette utilisation, les dispositifs de
débourrage sont disposés, soit parallèlement les uns aux autres suivant une
droite, les accès étant tous situés du même côté de la droite, soit sur un arc
s de cercle, les accès étant alors tous orientés vers le centre de cet arc de
cercle. La variante en arc de cercle permet toutefois de passer plus
rapidement d'un dispositif de débourrage à un autre, donc d'augmenter le
rendement de débourrage.
Un tel procédé robotisé permet d'utiliser simultanément différents
1o disposïtifs de débourrage selon les modes de réalisation des figures 1, 2,
3 et
4, ou encore tout autre type de dispositif. Si le dispositif de débourrage
selon
le mode de réalisation de la figure 3 est utilisé dans le cadre d'un procédé
robotisé de ce type, il est nécessaire que la tête (15) du châssis (1 ) soit
en
position horizontale lorsque le cycle de débourrage se termine.
1s Dans le cas d'un procédé robotisé permettant d'utiliser plusieurs
dispositifs en même temps, le déchargement, le chargement et le
débourrage peuvent se faire en décalé sur lesdits dispositifs.
Dans l'ensemble des modes de réalisation cités ci-dessus, le châssis
(1 ) est constitué de deux plaques parallèles reliées par des traverses. Par
2o ailleurs, les moteurs (4) à balourd ne tournent pas forcément en phase au
démarrage, mais se mettent en phase environ en un demi-tour.
II doit être évident, pour les personnes versées dans l'art, que la
présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses
autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de
zs l'invention comme revendiqué. Par conséquent, les présents modes de
réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, mais peuvent être
modifiés dans le domaine défini par la portée des revendications jointes, et
l'invention ne doit pas être limitée aux détails donnés ci-dessus.
Ainsi, d'autres modes de réalisation combinant deux ou plusieurs
3o modes de réalisation décrits ci-dessus peuvent être envisagés.
