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WO 2012/168841
PCT/IB2012/052781
Dispositif de vanne d'aspiration pour l'évacuation de gaz d'un moule
La présente invention concerne un dispositif de vanne d'aspiration pour
l'évacuation de gaz d'un moule, notamment d'un moule pour la coulée sous
pression de métaux liquides, ou pour l'injection d'une matière plastique.
Une vanne différentielle pour l'évacuation de gaz d'un moule de coulée sous
pression de métaux liquides est décrite dans le brevet européen EP 936009.
La coulée sous pression de métaux liquides permet de fabriquer des pièces
moulées de forme complexe en alliage de métaux tels que les alliages
d'aluminium, de magnésium, de zinc, de zamak ou encore d'autres matériaux
d'injection. Il est important d'injecter le métal encore liquide dans le moule
très
rapidement afin d'assurer que le moule se remplisse entièrement avec un
minimum de solidification du métal causée par le contact avec la paroi du
moule, aussi pour assurer des propriétés homogènes après la solidification du
matériau injecté. La vanne d'aspiration permet d'évacuer l'air contenu dans le
moule avant et lors de l'injection du matériau liquide dans le moule, la vanne
étant connectée à un réservoir de vide pour créer un vide partiel dans
l'empreinte en aspirant l'air hors du moule. En raison des vitesses
d'injection,
la vanne doit être réactive et très précise, tout en étant fiable et économe.
En
raison d'un possible encrassement de la vanne et de l'usure de certaines
parties lors de son utilisation, il est désiré d'avoir une vanne qui permet de
garder les frais de maintenance bas et qui peut être échangé rapidement pour
son remplacement ou pour son nettoyage.
Des moules pour la coulée sous pression de métaux liquides comprenant un
dispositif de vanne pour l'évacuation de gaz sont décrits par exemple dans les
brevets US 4,691,755 et US 4,997,026. Dans ces dispositifs, la vanne est
disposée en haut du moule, l'axe de déplacement du piston de la vanne étant
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vertical et perpendiculaire à l'axe de déplacement de l'ouverture du moule
pour
extraire la pièce coulée. Dit autrement, l'axe de déplacement du piston de la
vanne est parallèle au plan de séparation (aussi appelé plan de joint) des
deux
parties du moule. Le dispositif de vanne pour l'évacuation de gaz est disposé
donc au dessus des deux parties du moule, ces deux parties étant séparables
pour l'extraction de la pièce coulée. Un désavantage de cette configuration
est
que le moule doit disposer d'un dispositif pour remonter le dispositif de
vanne
afin de séparer les deux parties de moule. Par ailleurs, pour effectuer des
opérations de nettoyage ou de remplacement des pièces de la vanne,
notamment le piston, la tête de vanne et le siège de vanne, on intervient sur
la
partie arrière du dispositif, c'est-à-dire l'extrémité opposée à la tête de
vanne,
pour démonter la vanne. Cela conduit à effectuer un démontage en traversant
la chambre de pilotage. Un démontage au niveau de la chambre de pilotage,
compte tenu des joints et des tolérances, rend les procédures de maintenance
longues et complexes, augmentant fortement les coûts d'opération compte tenu
du fait que pendant la maintenance et la réparation des vannes, la machine est
à l'arrêt. Le temps d'arrêt d'une machine a un impact important sur les coûts
de
fabrication des pièces.
Dans les solutions conventionnelles telles que décrites dans US 4,691,755 et
US 4.997,026 l'orientation de l'axe du piston de la vanne, parallèle au plan
de
séparation des deux parties du moule, a également l'inconvénient de
nécessiter un vérin pour remonter le dispositif de vanne lors de l'ouverture
du
moule, ce vérin étant couteux à maintenir et réduisant la fiabilité de la
machine.
En raison des différents objets à mouler et donc des différents volumes et
types
de moules qui peuvent être installés sur la machine, un contrôle variable et
fin
de l'aspiration en fonction des données d'injection et du volume de gaz dans
le
moule serait avantageux.
3
En vue de ce qui précède, un objet de l'invention est de fournir un dispositif
de
vanne d'évacuation de gaz d'un moule de coule sous pression ou d'injection
plastique, qui est fiable et qui permet une évacuation contrôlée et rapide de
l'air
et d'autres gaz dans le moule.
Il est avantageux de fournir un dispositif de vanne d'évacuation de gaz d'un
moule de coulée sous pression ou d'injection plastique qui est facile et
économe à entretenir et à remplacer.
II est avantageux de fournir un dispositif de vanne d'aspiration pour un moule
de coulée sous pression ou d'injection qui permet une échange rapide et aisée
des parties usées, encrassées ou endommagées et qui permet le nettoyage
aisé des pièces salies par la circulation du gaz souillé lors de l'aspiration
(lubrifiants, graisses, gaz de combustion). Notamment, il est avantageux de
fournir un dispositif de vanne pour une machine de coulée sous pression ou
d'injection qui permet de réduire le temps d'arrêt de la machine lors du
remplacement ou de l'entretien de parties la vanne.
Il est avantageux de fournir une vanne pour l'évacuation de gaz d'un moule de
coulée sous pression ou d'injection qui peut être finement contrôlée pour
varier
le taux d'aspiration de gaz avant et pendant l'injection d'un matériau
liquide,
notamment entre le début de l'injection et la fin de l'injection.
Dans la présente invention, on décrit un dispositif de vanne d'aspiration pour
machine de coulée sous pression ou d'injection plastique, comprenant un corps
avec une chambre de vanne comprenant une chambre d'aspiration et une
chambre de pilotage, et une vanne coulissante montée dans la chambre de
vanne. La vanne coulissante comprend une première partie avec une tête de
vanne coopérant avec un siège de vanne sur le corps pour l'ouverture et la
fermeture de la vanne, et une deuxième partie comprenant un piston monté
dans la chambre de pilotage, la chambre de pilotage étant connectée à des
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4
connexions de commande fluidiques pour exercer une force sur le piston pour
commander l'ouverture et la fermeture de la vanne. La deuxième partie de
vanne et la première partie de vanne sont alignées sur un même axe dans la
direction de déplacement de la vanne coulissante, transversale au plan de
séparation des moules, les première et deuxième parties de la vanne
coulissante étant séparables. Dans des formes d'exécutions avantageuses, les
première et deuxième parties de la vanne coulissante sont fixées ensemble par
un membre de fixation démontable comprenant une goupille ou une clavette
insérée transversalement dans un orifice traversant les première et deuxième
to parties de la vanne coulissante.
Le dispositif de vanne selon l'invention permet de réduire le temps d'arrêt de
la
machine lors de la maintenance de la vanne, par exemple pour le nettoyage ou
le remplacement de la tête de vanne, tout en augmentant la fiabilité du
dispositif. En effet, en disposant le dispositif de vanne de sorte à ce que la
direction de déplacement du piston soit transversale au plan de séparation des
moules, et en ayant la tête de vanne séparable du piston de vanne et configuré
pour permettre de sortir la tête de vanne du côté de la face du moule, on peut
rapidement enlever la tête de vanne sans intervenir sur la chambre de pilotage
en effectuant des opérations très simples. Par ailleurs, avec cette
configuration
on évite également de devoir déplacer le dispositif de vanne lors de
l'ouverture
du moule, évitant ainsi la nécessité d'avoir un vérin ou autre système pour le
déplacement du dispositif de vanne.
En outre, le dispositif de vanne selon l'invention étant peu encombrant et peu
onéreux, l'utilisateur aura la possibilité de se procurer un dispositif de
vanne de
réserve pour un échange rapide lors d'une opération de maintenance.
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Le dispositif de vanne selon l'invention peut être inséré dans le moule à des
positions à choix, contrairement à des moules conventionnels tels que décrits
dans US 4,691,755 et US 4.997,026 qui doivent être disposés en périphérie du
5 moule.
L'invention permet de maximiser la section d'aspiration pour une évacuation de
gaz plus rapide des grosses empreintes, ceci grâce à son dispositif de
pilotage
qui permet une fermeture rapide et extrêmement sûre même pour une section
d'aspiration très importante.
Dans une première forme d'exécution avantageuse, le membre de fixation
démontable comprend une goupille insérée transversalement dans un alésage
traversant les première et deuxième parties de la vanne coulissante. Le corps
comprend des ouvertures de part et d'autre de la vanne coulissante
configurées pour permettre le déplacement axial de la goupille lors de
l'ouverture respectivement de la fermeture de la vanne. Les ouvertures dans le
corps peuvent être fermées par des vis montées dans des trous filetés dans le
corps configurés pour disposer l'extrémité des vis à un léger jeu des
extrémités
de la goupille pour permettre le glissement de la goupille.
Dans une deuxième forme d'exécution, le membre de fixation comprend une
vis, par exemple une vis alignée avec un axe central dans la vanne coulissante
traversant l'une des parties et engageant l'autre partie avec un filetage.
Le dispositif de vanne peut avantageusement comprendre un manchon monté
dans la chambre du corps, le manchon définissant une surface de guidage et
de glissement de la vanne coulissante, ainsi que le siège de vanne, le
manchon étant monté de manière démontable au corps.
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Selon une forme d'exécution avantageuse, le corps comprend une première
partie et une deuxième partie, la première partie étant montée de manière
démontable à la deuxième partie, la première partie comprenant une connexion
pour connexion à un système de génération de vide, et la deuxième partie
comprenant la chambre de pilotage.
Dans une forme d'exécution avantageuse, le piston a une face d'ouverture
avec une surface plus grande qu'une face de fermeture de l'autre côté du
piston, configurée pour appliquer une pression différentielle sur le piston
tici compensant au moins en partie une pression sur la tête de vanne lors
de
l'évacuation de gaz.
Dans une forme d'exécution, la tête de vanne a une surface conique
complémentaire à une surface conique du siège de vanne.
Dans une autre forme d'exécution, la tête de vanne a une surface cylindrique
complémentaire à une surface cylindrique dans le siège de vanne.
Dans la présent invention, on décrit aussi un système de coulée sous pression
comprenant une machine de coulée sous pression avec un dispositif de vanne,
et un système de génération de vide comprenant un réservoir de vide de
volume plus grand qu'un volume de gaz à aspirer d'un moule monté sur la
machine.
Selon une forme d'exécution, le système de génération de vide comprend au
moins une vanne principale pour commander l'ouverture et la fermeture de la
connexion entre le réservoir et le dispositif de vanne. Dans une variante, le
système de génération de vide comprend une pluralité de vannes principales
entre le réservoir de vide et le dispositif de vanne, les vannes principales
pouvant être commandées pour une ouverture ou fermeture différée afin de
contrôler le débit d'aspiration.
7
Dans une autre forme d'exécution, le système de génération de vide comprend
une vanne connectée à la pression atmosphérique afin de diminuer le débit de
l'aspiration lors d'une première phase d'injection.
Dans la présente invention, on décrit aussi un système de coulée sous pression
comprenant une machine de coulée sous pression. La machine de coulée sous
pression comprend un dispositif de vanne d'aspiration et un système de
génération de vide. Le système de génération de vide comprend un réservoir
de vide plus grand qu'un volume de gaz à aspirer d'un moule monté sur la
113 machine. Le dispositif de vanne d'aspiration pour machine de coulée
sous
pression comprend un moule avec au moins deux parties de moule séparables,
un corps avec une chambre de vanne comprenant une chambre d'aspiration et
une chambre de pilotage, et une vanne coulissante montée dans la chambre
de vanne. La vanne coulissante comprend une première partie avec une tête
de vanne coopérant avec un siège de vanne sur le corps pour une ouverture et
une fermeture de la vanne, et une deuxième partie comprenant un piston
monté dans la chambre de pilotage, la chambre de pilotage étant connectée à
des connexions de commande fluidiques pour exercer une pression sur le
piston pour commander l'ouverture et la fermeture de la vanne. La deuxième
partie de vanne et la première partie de vanne sont alignées sur un même axe
dans la direction de déplacement de la vanne coulissante. Les première et
deuxième parties de la vanne coulissante sont également séparables. Le
dispositif de vanne d'aspiration est configuré pour être disposé sur l'une
desdites parties du moule et orienté de sorte à ce que ledit axe de la vanne
coulissante soit transversale à un plan de séparation desdites parties de
moule. La première partie de vanne est séparable du dispositif du côté dudit
plan de séparation. Les première et deuxième parties de la vanne coulissante
sont fixées ensemble par un membre de fixation démontable comprenant une
goupille ou une clavette insérée transversalement dans un orifice traversant
les
première et deuxième parties de la vanne coulissante.
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7a
Dans la présente invention, on décrit aussi un procédé de coulée sous pression
d'un métal liquide disposé dans réservoir connecté par une sortie à une cavité
de forme d'un moule. Le procédé comprend une première étape d'aspiration de
gaz du moule et du réservoir à une première vitesse et simultanément une
réduction du volume dans la chambre du réservoir, et une deuxième étape
d'aspiration de gaz à une deuxième vitesse plus grande que la première vitesse
lorsque le volume de la chambre est plus réduit, et éventuellement une
troisième étape d'aspiration de gaz à une troisième vitesse plus grande que la
deuxième vitesse lorsque le volume de la chambre est très réduit ou lorsque le
liquide commence à être injecté dans la cavité du moule.
Dans une forme d'exécution, la variation de la vitesse d'aspiration peut
avantageusement être contrôlée au moins partiellement par le degré
d'ouverture de la vanne du dispositif de vanne.
Dans une autre forme d'exécution, la variation de la vitesse d'aspiration peut
avantageusement être contrôlée au moins partiellement par une pluralité de
vannes principales d'un système de génération de vide comprenant un
réservoir de vide connecté audit moule, la pluralité de vannes principales
étant
disposées entre le réservoir de vide et le dispositif de vanne et pouvant être
commandées indépendamment pour une ouverture ou fermeture différée afin
de contrôler le débit d'aspiration.
La deuxième étape d'aspiration peut être commencée lorsque le métal liquide à
couler n'est pas encore entré dans la cavité du moule. Si l'on implémente une
troisième étape d'aspiration de gaz, elle peut intervenir lorsque le volume
non-
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8
rempli de métal liquide dans la chambre du réservoir est très réduit ou
lorsque
le liquide commence à être injecté dans la cavité du moule. L'augmentation de
la vitesse d'aspiration peut être réalisée en trois ou plus de trois étapes de
variation de vitesse en contrôlant le degré d'ouverture de la vanne du
dispositif
de vanne, et/ou en contrôlant l'ouverture d'une ou plusieurs vannes
principales
d'un système de génération de vide. La variation de la vitesse d'aspiration
peut
donc aussi être contrôlée au moins en partie par un système de vanne
connecté au réservoir d'un système de génération de vide.
lo Dans un aspect avantageux de l'invention, une ou plusieurs sections
d'aspiration d'un ou de plusieurs canaux de sortie reliant la cavité du moule
avec le dispositif de vanne sont configurés pour créer une perte de charge au
débit de gaz en fonction du volume de gaz à aspirer afin de pouvoir employer
le
dispositif de vanne pour une pluralité de volumes de liquides avec des volumes
pouvant varier sur un ordre de grandeur.
D'autres objets et aspects avantageux de l'invention ressortiront de la
description détaillée de formes d'exécutions ci-après, et des dessins annexés,
dans lesquels :
La Fig. 1 est une illustration schématique d'un système de coulée sous
pression ou d'injection plastique selon une forme d'exécution ;
La Fig. 2a est une vue en coupe d'un dispositif de vanne d'aspiration selon
une
première forme d'exécution avec tête de vanne cylindrique et un accouplement
cylindrique avec goupille avec le piston ;
La Fig. 2b est une vue en coupe d'un dispositif de vanne selon une forme
d'exécution avec tête de vanne cylindrique et un accouplement en forme de
fourchette avec goupille avec le piston;
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La Fig. 2d est une vue en coupe selon la ligne Il-II de la Fig. 2c;
La Fig. 3a est une vue en coupe d'un dispositif de vanne selon une deuxième
forme d'exécution de l'invention ;
La Fig. 3b est une vue en coupe d'un dispositif de vanne selon une variante de
la forme d'exécution de la Fig. 3a;
Les Figs 4a-4d illustrent schématiquement des systèmes de coulée sous
pression ou d'injection plastique selon différentes variantes :
la Fig. 4a représente la variante illustrée dans la Fig. 1, où la
machine de coulée sous pression est connectée à un réservoir de vide par une
vanne principale ;
la Fig. 4b illustre une variante où la machine est connectée à un
réservoir de vide sans vanne principale ;
la Fig. 4c illustre une variante où la machine est connectée à un
réservoir de vide par une vanne principale, le réservoir étant connecté à
l'air
ambiant par une deuxième vanne ;
La Fig. 4d illustre une variante où la machine de coulée sous
pression est connectée à un réservoir sous vide partiel par une pluralité de
vannes contrôlées indépendamment ou séquentiellement ; et
La Fig. 4e illustre une variante où la machine de coulée sous
pression est connectée à un réservoir sous vide partiel par deux vannes de
tailles différentes contrôlées indépendamment ou séquentiellement.
Faisant tout d'abord référence à la Fig. 1, un système de coulée sous pression
ou d'injection plastique 1 comprend une machine de coulée sous pression ou
d'injection 2, un système de génération de vide 6 et un dispositif de vanne
d'aspiration de gaz 4 monté sur la machine 2 et communiquant avec le système
de génération de vide 6 par une connexion d'évacuation de gaz 24. Le système
de génération de vide comprend un réservoir 14 formant une chambre avec un
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volume plus grand que le volume de gaz dans le moule à aspirer, la chambre
étant connectée à une pompe à vide (non-illustrée) créant un vide partiel dans
le réservoir. Le système de génération de vide peut en outre comprendre une
vanne principale 16 qui peut être commandée pour ouvrir et fermer le conduit
5 interconnectant le dispositif de vanne au réservoir 14. Le système de
génération de vide permet d'évacuer l'air du moule très rapidement avant et
lors de l'injection d'un matériau liquide dans le moule.
La machine de coulée sous pression ou d'injection 2 comprend un réservoir 8
10 avec une chambre 5 pour contenir le matériau liquide à couler ou à
injecter 3,
un moule 12 définissant une cavité de forme 11 pour former la pièce à couler,
la cavité de forme 11 étant en communication avec le dispositif de vanne 4
disposé en haut du moule sur une des parties du moule. Le moule comprend
au moins deux parties 12a, 12b séparables afin de pouvoir enlever la pièce
moulée. Le dispositif de vanne est configuré pour être disposé sur une des
parties 12a du moule et est orienté de sorte à ce que l'axe A d'une vanne
coulissante 20 du dispositif (définissant la direction de déplacement de la
vanne coulissante) soit transversale au plan de séparation P des moules. Dans
une forme d'exécution préférée, la direction transversale est perpendiculaire
au
plan de séparation P des parties de moule. La direction transversale peut
toutefois comprendre un angle autre que perpendiculaire (90 ) au plan de
séparation P, par exemple un angle se situant entre 90 et 45 , sans sortir du
cadre de l'invention.
La chambre 5 comprend une entrée 7 pour remplir la chambre 5 du liquide 3, et
une sortie 9 entre la chambre 5 et la cavité de forme 11 pour le passage du
liquide de la chambre 5 à la cavité de forme 11 pendant l'étape de coulée ou
d'injection. Le réservoir 8 comprend un piston 10 pour pousser le liquide 3 de
la chambre 5 dans la cavité de forme 11 du moule.
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Dans certaines applications, le matériau liquide est un métal liquide tel
qu'un
alliage d'aluminium, de magnésium ou encore d'autres métaux injectés, la
machine étant adaptée à la coulée sous pression de métaux. D'autres
matériaux tels que des plastiques pourraient également être injectés par un
procédé selon l'invention, et il est également envisageable de remplacer le
réservoir de matériau liquide 8 par d'autres systèmes d'alimentation de
liquides.
Dans un procédé de coulée sous pression, le matériau liquide 3 est versé par
l'entrée 7 dans la chambre 5 du réservoir 8. Ensuite le piston 10 avance pour
fermer l'entrée 7. Ensuite, le dispositif de vanne est ouvert et l'air contenu
dans
la cavité de forme 11 du moule est aspiré par le système de génération de vide
6, la vanne principale 16 étant en ce moment également ouverte, et
simultanément le piston 10 est avancé d'abord pour élever le niveau de
matériel liquide 3 dans la chambre 5 du réservoir 8 puis pour pousser le
liquide
3 dans la cavité de forme 11 du moule. La vanne du dispositif 4 est fermée
juste avant le remplissage complet de la cavité de forme 11 du moule, ou
lorsque le matériel liquide est dans un ou plusieurs canaux de sortie 15
reliant
la cavité de forme 11 au dispositif de vanne 4, la cavité de forme étant de
préférence complètement remplie, le moment de fermeture étant configuré pour
éviter que du liquide 3 injecté dans le moule arrive à la hauteur de la vanne
avant sa fermeture. En effet, le moment de fermeture de la vanne est configuré
pour éviter que du liquide d'injection traverse la vanne, ce qui aurait pour
effet
de bloquer la vanne. La combinaison d'aspiration de gaz de la vanne par le
système de génération de vide d'un côté et la pression exercée par le piston
10
en mouvement permet d'injecter le matériau liquide 3 à très grande vitesse
dans la cavité de forme 11 et de remplir toutes les parties de la cavité 11
dans
un laps de temps d'un ordre ou de deux ordres de grandeur de millièmes de
secondes. Cela permet d'assurer qu'il n'y ait que très peu de solidification
de
matériau liquide injecté avant le remplissage complet du moule, toute en ayant
un moule permettant le refroidissement rapide de l'objet moulé.
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Toutefois, dans une première phase d'aspiration et d'avancement du piston 10,
il y a un avantage à maîtriser et notamment à ralentir l'aspiration avant que
le
matériau liquide 3 commence à traverser la sortie 9 pour entrer dans la cavité
de forme 11 du moule, c'est-à-dire plus précisément dès le moment où le piston
à fermé l'entrée 7 et jusqu'au moment où le volume dans la chambre 5 est
réduit pour que le liquide d'injection 3 remplisse ce volume entièrement. En
effet, au début de la procédure d'injection, la chambre 5 n'est pas
entièrement
remplie de liquide 3. L'avancement du piston 10 réduit le volume disponible
10 jusqu'à ce que le volume non rempli soit éliminé. Dans cette première
phase
d'injection de coulée sous pression, il y a un avantage à aspirer plus
lentement
que dans la deuxième phase de remplissage de la cavité de forme 11 afin de
ne pas générer une perturbation excessive dans le liquide 3 contenu dans le
réservoir 8 dans le cas où l'étanchéité entre le piston 10 et la chambre 5
n'est
pas assurée. La variation de vitesse d'aspiration peut - dans un premier temps
lentement et dans un deuxième temps plus rapidement - être contrôlée soit par
le dispositif de vanne 4, soit par une addition de vannes supplémentaires à la
vanne principale 16 du système de génération du vide 6, soit par une
combinaison des deux.
Dans la variante selon les Figs 1 et 4a, le contrôle de vitesse d'aspiration
est
effectué par le dispositif de vanne 4. Dans la variante de la Fig. 4b, le
système
de génération de vide 6 ne comprend aucune vanne et le contrôle de
l'aspiration est effectué uniquement par le dispositif de vanne 4. Dans le
système illustré dans la Fig. 4c, le système de génération de vide 6 comprend
en outre une vanne d'échappement 17 qui permet d'ouvrir partiellement le
conduit entre la vanne principale 16 et le réservoir de vide 14 à l'air
ambiant
pour augmenter la pression et donc diminuer l'effet d'aspiration sous vide
dans
la première phase d'injection. La vanne d'échappement 17 est de préférence
plus petite que la vanne principale 16, à savoir, la vanne d'échappement a un
diamètre ou la section de débit plus petit que le diamètre ou la section de
débit
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de la vanne principale 16. Lorsque la vanne d'échappement 17 est fermée une
fois que le piston 10 aurait avancé pour éliminer le volume non rempli dans la
chambre 5 du réservoir de liquide 8, la fuite crée par la vanne d'échappement
17 est supprimée et la vitesse d'aspiration de gaz du moule est augmentée.
Selon la variante illustrée dans la Fig. 4d, le réservoir 14 du système de
génération de vide est connecté au dispositif de vanne 4 par deux ou trois
vannes 16a, 16b, 16c ou plus qui permettent d'augmenter la vitesse
d'aspiration en fonction du nombre de vannes ouvertes. Dans la première
phase d'aspiration, une seule vanne est par exemple ouverte et ensuite,
lorsque le piston est suffisamment avancé pour éliminer le volume non rempli
dans le réservoir 8, la deuxième, voir la troisième vannes sont ouvertes pour
augmenter la section d'aspiration à travers les vannes et augmenter la vitesse
d'aspiration de gaz du moule.
Selon la variante illustrée dans la Fig. 4e, le réservoir de vide 14 du
système
de génération de vide est connecté au dispositif de vanne 4 par deux vannes
16a, 16b de tailles différentes ¨ une petite vannel 6a et une grande vanne 16b
- qui permettent d'augmenter la vitesse d'aspiration en fonction de
l'ouverture
de la petite vanne 16a ou de la grande vanne 16b ou des deux simultanément.
L'avantage de ce système est sa simplicité de commande, puisqu'il n'y a que
deux vannes à commander, tout en permettant d'optimiser les vitesses
d'aspiration lente et rapide par le dimensionnement de la petite vanne 16a,
respectivement de la grande vanne 16b. Dans la première phase d'aspiration,
la petite vanne 16a est ouverte et ensuite, lorsque le piston est suffisamment
avancé pour éliminer partiellement le volume non rempli dans le réservoir 8,
la
grande vanne 16b est ouverte, pour augmenter la section d'aspiration et
augmenter le débit d'aspiration de gaz du moule. Dans une forme d'exécution
avantageuse pour des applications industrielles courantes, la grande vanne
peut avantageusement avoir un diamètre supérieur à 2,5cm et la petite vanne
un diamètre inférieur à 1,6cm et supérieur à 0,5cm.
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Selon une variante, une combinaison des formes d'exécution des figures 4c et
4e est possible, à savoir, la vanne 17 connecté à la pression atmosphérique
est
une petite vanne et la vanne principale 16 une grande vanne.
Faisant référence à la figure 1, en fonction du volume du liquide à injecter,
et
aussi pour pouvoir employer le même dispositif de vanne avec plusieurs tailles
de moules ou de machines à couler, la section d'aspiration du canal ou des
canaux de sortie 15 du moule reliant la cavité 11 avec le dispositif de vanne
4
peut-être variée pour varier la résistance à l'aspiration de gaz et pour
limiter la
quantité de métal dans les chutes. On peut donc utiliser une vanne configurée
pour des grands moules et des grands taux d'extraction, aussi pour des moules
plus petits en réduisant la section d'aspiration du canal ou des canaux de
sortie 15 du moule. Par exemple en coulée sous pression, il est possible
d'employer le même dispositif de vanne pour des volumes de moules pouvant
varier de 1 litre jusqu'à 50 litres. Il s'agit d'une très large extension du
domaine
d'application possible pour un dispositif de vanne avec l'avantage de
permettre
des économies substantielles de matériel et en temps et frais d'installation.
Dans le cas de petits et moyens volumes de moules, la capacité de l'aspiration
du dispositif de vanne ou des vannes principales pourra avantageusement être
réduit par les méthodes décrites précédemment.
Faisant maintenant référence aux Fig. 2a à 3b, un dispositif de vanne selon
des formes d'exécution de l'invention sont illustrés. Le dispositif de vanne
comprend un corps 18 avec une première partie 28 définissant un premier bloc,
et une deuxième partie 30 définissant un deuxième bloc, une vanne
coulissante 20 montée dans une chambre de vanne 21 formée dans le corps
18 et un siège de vanne 22, 22' coopérant avec une tête de vanne 44, 44' de la
vanne coulissante pour fermer, respectivement ouvrir, la vanne.
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La tête de vanne 44' peut avoir une surface conique complémentaire à une
surface conique du siège de vanne 22' telle qu'illustrée dans les figures 2c à
3b, ou la tête de vanne 44 peut avoir une surface cylindrique complémentaire à
une surface cylindrique dans le siège de vanne 22 telle qu'illustrée dans les
5 figures 2a, 2b.
La chambre de vanne 21 comprend une chambre d'aspiration 21b et une
chambre de pilotage 21a. La chambre de pilotage 21a est connectée à des
connexions de commande fluidique 26a, 26b, une connexion 26a étant pour la
10 fermeture de la vanne et l'autre 26b pour l'ouverture de la vanne. Les
connexions fluidiques peuvent notamment être connectées à un système
pneumatique ou hydraulique pouvant varier la pression dans les connexions
26a et 26b afin d'avancer et de reculer la vanne coulissante. La chambre
d'aspiration 21b est connectée à la connexion d'évacuation de gaz 24 reliée au
15 système de génération de vide 6.
La tête de vanne est séparable du piston de vanne d'une manière permettant
de sortir la tête de vanne du côté du plan de séparation P du moule sans
intervenir sur la chambre de pilotage 21a.
Un manchon 32 peut être inséré dans une cavité dans le corps 18, la vanne 20
étant montée de manière coulissante dans le manchon 32, le manchon 32
définissant également le siège de vanne 22, 22'. Le manchon 32 est
avantageusement monté de manière démontable dans le corps 18 afin de
pouvoir être remplacé ou nettoyé dans des opérations d'entretien. Par
ailleurs,
le manchon peut également être fait de matériau différent à celui du corps
avec des propriétés optimales pour diminuer les forces de frottement et
améliorer la fermeture hermétique du siège de vanne 22. Le manchon 32 qui
est soumis à une usure importante due aux mouvements répétitifs de la vanne
coulissante et au contact répété avec le liquide du côté de la tête de vanne
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peut être échangé à bas coût et sans échanger le corps 18. Le manchon 32
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peut être tenu dans le corps au moyen d'un circlip 46 ou autres moyens de
fixation démontables tels que des vis.
Avantageusement, la vanne coulissante comprend au moins deux parties
séparables, une première partie 34 avec une tête de vanne 44, 44' coopérant
avec le siège de vanne 22, 22', et une deuxième partie 35 comprenant un
piston 38 monté de manière coulissante dans la chambre de pilotage 21a de la
chambre de vanne 21. Dans les formes d'exécution illustrées, les première et
deuxième parties de vanne coulissante sont fixées ensemble avec un moyen
de fixation démontable 36, 36'. La tête de vanne est séparable du piston de
vanne d'une manière permettant de sortir la tête de vanne du côté de la face
de la partie du moule (côté plan de séparation P) sans intervenir sur la
chambre de pilotage.
II est toutefois aussi possible, dans une autre variante (non-illustrée), que
les
première et deuxième parties de la vanne coulissante sont fixées ensemble en
étant vissées l'une à l'autre, par exemple en ayant un filetage mâle sur une
partie engagé dans un filetage femelle dans l'autre partie. Cette dernière
variante peut surtout être utilisée pour des petits moules ou pour des moules
d'injection plastique.
On peut donc séparer la première partie 34 de la vanne coulissante 20 de la
deuxième partie 35, pour remplacer la première partie, ou pour la nettoyer ou
la réparer, en laissant la deuxième partie 35 de la vanne dans la deuxième
partie 30 du corps 18, sans démontage à travers la chambre de pilotage 21a.
La première partie de vanne coulissante est enlevée du côté de la face active
du moule, c'est-à-dire du côté du plan de séparation P des parties du moule,
lorsque le moule est ouvert. Le deuxième bloc de la vanne a une durée de vie
très élevée, puisqu'il est complètement séparé de la chambre d'aspiration 21b
et protégé d'éventuelles saletés provenant du liquide injecté dans le moule.
La
deuxième partie de la vanne coulissante est aussi moins soumise à l'usure que
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la première partie de vanne qui coulisse dans le manchon et qui engage le
siège de vanne 22, 22'.
En enlevant le moyen de fixation 36, 36', on peut donc séparer la première
partie de vanne coulissante de la deuxième partie lors du démontage des
premier et deuxièmes blocs 28, 30 du corps pour rapidement et facilement
échanger la première partie de vanne et/ou le manchon 32 en cas d'usure ou
de dommage.
Le piston 38 est, dans l'exemple illustré, sous forme d'un disque cylindrique
monté coulissant dans la chambre de pilotage 21a qui comprend un côté
ouverture de vanne 41 communiquant avec la connexion de commande
fluidique d'ouverture 26b, et un côté fermeture 43 communiquant avec la
connexion de commande fluidique d'ouverture 26a. Pour avancer ou reculer la
vanne, on injecte un fluide, par exemple de l'air pour un système pneumatique,
dans l'une ou l'autre des connexions en fonction de la direction de mouvement
souhaitée pour appliquer une pression sur la face côté ouverture 40 ou la face
côté fermeture 42 du piston 38.
Dans les exemples illustrés dans les Figs 2a à 3a, la pression est
différentielle
dans la mesure où la surface de la face côté fermeture 42 est inférieure à la
surface de la face côté ouverture 40 du piston 38, l'avantage étant de pouvoir
réguler la pression différentielle plus finement, notamment pour mieux
contrôler
la fermeture de la vanne et augmenter la stabilité de positionnement de la
vanne coulissante. La pression différentielle permet notamment de compenser
la pression sur la tête de vanne 44, 44' lors de l'évacuation de gaz. En
fonction
des paramètres de fonctionnement du dispositif, si une pression différentielle
n'est pas souhaitée, on peut réaliser une variante non différentielle telle
qu'illustré dans la Fig. 3b où la surface d'appui des côtés ouverture et
fermeture du piston 38 est équivalente ou essentiellement équivalente.
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La chambre de pilotage 21a est séparée de la chambre d'aspiration par une
paroi 48 montée dans la deuxième partie de corps 30, un axe 50 de la
deuxième partie de vanne coulissante traversant un passage dans la paroi 48
pour interconnecter le piston 38 à la première partie 34 de la vanne
coulissante
20. Le jeu entre le passage et l'axe est très faible afin de limiter ou
éliminer une
perte de charge entre le côté fermeture de la chambre de pilotage 21a et la
chambre d'aspiration 21b.
L'axe 50 de la deuxième partie de vanne coulissante est logé dans un trou ou
une fourchette correspondant à l'arrière de la première partie de vanne, le
membre de fixation dans les formes d'exécution des figures 2a-2d étant sous
forme d'une goupille 36 traversant un alésage dans la première partie et dans
la deuxième partie de vanne. Pour insérer la goupille 36 dans l'alésage des
deux parties de vanne coulissante, le corps peut comprendre des ouvertures
52 de part et d'autre configurées avec une longueur axiale Al pour permettre
le déplacement axial de la goupille 36 d'une position ouverte à une position
fermée de la vanne. Les ouvertures 52 peuvent être fermées par des vis à fond
plat montées dans des trous de vis dans le corps de part et d'autre de la
goupille et laissant un léger jeu avec les extrémités de la goupille pour
permettre son déplacement. Afin d'enlever la première partie de vanne, on
enlève les deux vis de part et d'autre et on pousse la goupille 36 d'un côté
pour
qu'elle sorte de l'autre côté pour ensuite simplement retirer axialement la
première partie de vanne. La première partie de vanne peut donc être séparée
très aisément et très rapidement, la goupille assurant néanmoins une
connexion très robuste et rigide entre les première et deuxième parties de
vanne.
La première partie 28 du corps 18 peut être séparée de la deuxième partie 30
en desserrant des vis 56 et en enlevant la goupille 36 telle que décrite
précédemment, la séparation pour enlever le manchon 32 étant donc
également très simple et rapide.
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Dans une variante, le corps n'a pas d'ouverture de part et d'autre de la vanne
coulissante, la goupille étant ainsi retenue par le siège de la vanne, ou par
un
joint torique placé dans une rainure faite dans la vanne à la position de la
goupille.
Dans une autre forme d'exécution, illustrée dans les Figs 3a et 3b, les
première
et deuxième parties de vanne coulissante sont fixées ensemble au moyen
d'une vis 36' s'étendant axialement de l'arrière de la vanne coulissante. Si
un
accès par l'arrière est difficile ou n'est pas souhaité, il est également
possible
d'avoir une vis centrale qui est insérée depuis le côté de la tête de vanne 44
s'engageant un filetage dans la deuxième partie 35 de la vanne coulissante.
