Machine de moulage sous pression de pièces métalliques contenant éventuellement des fibres en céramiques

Abstract

 L'invention est relative à une machine de moulage sous pression de pièces métalliques contenant éventuellement des fibres en céramiques.
Elle s'applique au moulage dans une machine à chambre froide où la pression est exercée sur le métal contenu dans l'empreinte (4) d'un moule (3) au moyen d'un piston (6) et dans laquelle le métal à mouler est amené dans le conteneur (5) de la presse au moyen d'une tuyauterie (9) plongeant dans un bain (10) liquide dudit métal placé dans un récipient (12) étanche à l'intérieur duquel on crée une surpression P2.
Elle est caractérisée en ce que la tuyauterie (9) est équipée en un point (15) de sa paroi voisin du conteneur (5) d'une alimentation en gaz inerte (14) et d'une poche sous pression P1 dépendant de la position du piston (6) et de P2.
Elle trouve son application dans le moulage notamment de métaux et alliages sensibles à l'oxydation.

Description

[0001] La présente invention est relative à une machine de moulage sous pression de pièces métalliques, notamment, en alliages d'aluminium et de lithium ou en alliages de magnésium, lesdits alliages contenant éventuellement des fibres en céramiques.

[0002] L'homme de l'art du moulage en moule permanent connait bien les procédés de moulage sous pression de pièces métalliques mettant en oeuvre notamment des machines à chambre froide dans lesquelles un alliage à l'état liquide, placé dans un conteneur solidaire d'un moule, est poussé par un piston dans une empreinte en un temps relativement court.

[0003] L'exercice d'une pression pouvant dépasser 10² MPa assure ensuite l'alimentation de la pièce en alliage liquide pendant sa solidification.

[0004] De tels procédés permettent d'obtenir des pièces de grande précision dimensionnelle avec un très bon état de surface, ce qui évite de recourir ultérieurement à un usinage coûteux. De plus, l'absence de masselottes conduit à une mise au mille bien meilleure que dans la coulée par gravité. Enfin, il n'est pas nécessaire de procéder à des traitements thermiques en raison des bonnes caractéristiques mécaniques présentées par les pièces brutes de moulage.

[0005] Tous ces avantages font du moulage sous pression un procédé de plus en plus utilisé notamment dans les fonderies de métaux légers tels que l'aluminium et le magnésium.

[0006] Cependant, certaines, difficultés sont apparues lors de l'extension de ce procédé de moulage à de nouveaux produits tels que, par exemple, les alliages d'aluminium-lithium, certains alliages de magnésium et les produits composites contenant, outre ces métaux, des fibres en céramiques.

[0007] On sait, en effet, que les alliages d'aluminium-lithium et de magnésium sont particulièrement sensibles à l'oxydation et que la liaison fibre-­métal dans les composites peut être fortement affaiblie par la présence dans le métal d'oxydes ou autres composés résultant d'une action de l'environnement.

[0008] Or, la plupart des machines de moulage sous pression à chambre froide n'ont pas, jusqu'à présent, pris en compte cette intéraction entre les produits moulés et l'air.

[0009] C'est ainsi, par exemple, que dans la machine de moulage sous pression décrite dans le brevet US 4088178, l'alimentation en métal du conteneur s'effectue par désolidarisation du système d'injection du moule puis, inclinaison par rapport à la verticale et remplissage du conteneur à l'aide d'une louche. Il est évident, qu'en opérant de cette façon, on ne peut pas obtenir de pièces convenables à partir d'alliages très facilement oxydables.

[0010] Antérieurement au brevet précédent, l'USP 3058179 avait déjà, dans un but tout à fait différent, réalisé une machine qui répond en partie au problème d'intéraction. En effet, le conteneur est ici alimenté à l'abri de l'air par l'intermédiaire d'une tuyauterie plongeant dans un récipient étanche contenant le métal à mouler à l'état liquide et muni à sa partie supérieure d'une arrivée de gaz inerte sous pression au moyen de laquelle on crée une surpression à la surface du liquide pour envoyer ce dernier dans le conteneur. Suivant cette disposition, on évite le contact du métal liquide, avec l'atmosphère au moment du remplissage du conteneur, mais, on ne résout pas pour autant le problème d'intéraction. En effet, lors du mouvement vers le haut du piston dans le conteneur, afin de comprimer le métal dans l'empreinte, l'air contenu dans le cylindre où coulisse le piston et qui entoure la tige du piston, se trouve être mis en relation avec la tuyauterie d'amenée de liquide au conteneur. Comme à cet instant le métal contenu dans la tuyauterie commence à refluer vers le récipient, il aspire cet air et se trouve ainsi oxydé.

[0011] Une autre difficulté plus préoccupante encore est la suivante : étant donnée la grande vitesse de déplacement du piston (plus de 0,5 m/sec), la mise en liaison de la tuyauterie avec l'atmosphère du cylindre du piston est très rapide de sorte qu'initialement le métal n'a pas encore commencé son reflux vers le récipient lorsque cette liaison s'effectue. Il en résulte alors un écoulement de métal à l'intérieur du cylindre qui compromet rapidement la bonne marche du piston et aboutit le plus souvent à un arrêt de la machine. C'est pour parer à ces difficultés que la demanderesse a cherché et trouvé une nouvelle machine.

[0012] Celle-ci s'inscrit dans le cadre du brevet US 3058179, c'est-à-dire qu'elle combine au dispositif de moulage sous pression une alimentation en métal par l'intermédiaire d'une tuyauterie plongeant dans un récipient duquel le métal est refoulé vers le conteneur par l'action d'une pression P2 de gaz. Elle est caractérisée en ce que ladite tuyauterie est équipée en un point de sa paroi voisin du conteneur d'une alimentation en gaz inerte et d'une poche sous pression P1 dépendant de la position du piston et de P2.

[0013] Dans ces conditions, en supposant le moule prêt à être alimenté, le moulage se déroule de la façon suivante : du gaz inerte est insufflé sous une pression P₁ dans la tuyauterie. Comme le piston est alors en position basse, la liaison entre le conteneur et la tuyauterie existe et ce gaz peut se répandre jusque dans l'empreinte du moule le purgeant ainsi de l'air qu'il contient.

[0014] Puis, une surpression est établie à la surface du bain de métal contenu dans le récipient. Pour que le métal monte dans la tuyauterie, il faut alors que cette surpression P₂ soit supérieure à P₁. Lorsque le métal a rempli la tuyauterie, et le conteneur, le piston s'élève rapidement pour assurer la compression du métal. Dès que le piston masque l'orifice de liaison entre la tuyauterie et le conteneur, ce qui est détecté au moyen d'un palpeur ou d'un détecteur quelconque, on insuffle immédiatement le gaz de manière que P₁ devienne supérieur à P₂. A ce moment, le métal est refoulé vers le récipient et on empêche tout écoulement de métal vers le cylindre au moment où la tige du piston apparaît au niveau de l'orifice. Ce gaz remplit alors tout le volume liassé entre le métal et sa pression refoule l'air qui provient du cylindre du piston. Il est à noter que la longeur du piston doit être supérieure à la hauteur de l'orifice mettant en relation la tuyauterie avec le conteneur afin que le métal soit refoulé avant que le cylindre soit mis en relation avec la tuyauterie. Par la suite, quand le piston va redescendre et démasquer l'orifice, le gaz soufflé alors sous faible pression va s'introduire dans le conteneur et empêcher tout entrée d'air provenant du moule qui est alors ouvert et ce jusqu'à ce que la valeur de P₂ qui a été réduite à 0 pour faciliter le retour du métal au récipient réaugmente pour démarrer un nouveau cycle de moulage.

[0015] Par ailleurs, il a été prévu au point d'insufflation du gaz une espèce de poche placée sur le dessus de la tuyauterie et à l'intérieur de laquelle un matelas de gaz est maintenu pour empêcher l'entrée de métal dans le système d'insufflation. Cette poche est équipée d'une sonde qui détecte une réduction anormale de la hauteur du matelas de gaz et commande alors l'ouverture d'une vanne particulière chargée d'assurer le complément de pression nécessaire au maintien de la hauteur souhaitée.

[0016] L'établissement des différences de pression P₁ et P₂ convenable est obtenue à l'aide d'un manomètre différentiel commandé par un palpeur ou un détecteur de position quelconqueet qui agit sur l'ouverture ou la fermeture de vannes convenables.

[0017] La valeur de P₂ doit être au moins égale à la valeur de la pression métallostatique exercée par le métal lorsqu'il remplit l'empreinte. Quant à la différence P₁ - P₂ elle est de l'ordre de 0,01 MPa.

[0018] L'invention peut être illustrée à l'aide des dessins ci-joints qui représentent :

. Figure 1 : une vue en coupe verticale axiale d'une installation de moulage.

. Figure 2 : un schéma de l'installation de l'alimentation en gaz du récipient et de la tuyauterie.

[0019] Sur la figure 1 on distingue le plateau inférieur 1 fixe et le plateau supérieur 2 mobile d'une machine verticale de moulage sous pression. Entre ces plateaux se trouve placé le moule 3 présentant une empreinte 4. Le plateau inférieur est équipé d'un dispositif d'injection constitué par le conteneur 5 dans lequel coulisse le piston 6 supporté par la tige 7 animée d'un mouvement de va et vient sous l'effet du vérin 18. Ledit conteneur est relié par l'intermédiaire de l'orifice 8 à la tuyauterie 9 qui plonge dans le bain 10 de métal à mouler contenu dans le creuset 11 placé dans le récipient 12 étanche qui peut être mis sous pression par l'intermédiaire de l'arrivée du gaz 13 afin d'envoyer le métal par la tuyauterie 9 vers le conteneur 5. Selon l'invention, on insuffle un gaz inerte dans la canalisation 14 en un point 15 de la tuyauterie 9 suivant une pression liée à la pression régnant dans le récipient en fonction de la position du piston détectée par le palpeur 17, pression qui peut être contrôlée par le manomètre différentiel régulateur 16.

[0020] Sur la figure 2 on retrouve les éléments de la figure 1 à savoir le conteneur 5, le piston 6, la tige 7, l'orifice 8, la tuyauterie 9, le bain de métal 10, le creuset 11, le récipient 12, l'arrivée de gaz 13, la canalisation 14, le point d'insufflation 15, le manomètre 16 et le palpeur 17.

[0021] A côté cde ces éléments, sont représentés tous ceux qui permettent de faire fonctionner l'installation. Ce sont, dans le sens de circulation des gaz :
- sur l'arrivée de gaz 13 :
. le détendeur haute pression 20
. le détendeur basse pression 21
. l'électrovanne 22 qui assure soit le passage du gaz vers le récipient, soit la mise à l'air du récipient
. le régleur de débit 23
. le clapet antiretour 24
- sur la canalisation 14 :
. le détendeur haute pression 25
. le détendeur basse pression 26
. l'électrovanne 27 à 2 voies
. l'électrovanne 28 à 3 voies dont l'une communique avec l'atmosphère. Ce couple de vannes permet de régler la pression P₁ dans la tuyauterie par rapport à la pression P2 dans le récipient par l'intermédiaire du manomètre différentiel 16.

[0022] En effet, si P₁ est correct, ces deux vannes sont fermées, si P₁ est trop faible, la vanne 27 est ouverte et la mise à l'air de la vanne 28 est fermée; si P₁ est trop forte, la vanne 27 est fermée et la mise à l'air de la vanne 28 est ouverte.

[0023] .l'électrovanne 29 dont l'ouverture permet un fort débit de gaz insufflé
. le régleur de débit 30
. le clapet antiretour 31
. le débitmètre 32
. l'électrovanne 33 qui assure l'arrêt ou le passage de gaz insufflé vers 15
. l'électrovanne 34 avec son régleur de débit 35 qui par suite d'une défaillance du circuit de gaz insufflé s'ouvre uniquement si la sonde 36 indique une montée de métal au niveau du point 15 et le risque d'un bouchage de la canalisation.

[0024] Au cours d'un cycle de moulage, l'installation fonctionne de la façon suivante :

1. Le moule étant ouvert pour extraire la pièce, le récipient est à la pression atmosphèrique par l'intermédiaire de la vanne 22, le piston en position basse, la vanne 29 fermée, le manomètre différentiel 16 sur la position P₁ > P₂ de sorte qu'un faible débit de gaz arrive en 15 par l'intermédiaire du régleur de débit 30 et de la vanne 33.

2. Le moule est refermé, prêt pour une nouvelle injection. La situation des éléments précédents reste identique de sorte que le gaz balaye l'empreinte et en chasse l'air.

3. L'ordre d'injection étant donné, la vanne 33 se ferme isolant la chambre 15, ce qui annule la condition P1 > P2 tandis que la vanne 29 s'ouvre. La vanne 22 assure le passage du gaz vers le récipient et provoque la montée de métal liquide vers le conteneur. Lorsque le piston commence son ascension la vanne 29 étant ouverte est prête à assurer la pression de gaz P₁ > P₂ suffisante pour empêcher l'introduction de métal dans le circuit d'insufflation de gaz par formation d'un matelas protecteur au point 15.

4. Dès que le piston obture l'orifice 8, la vanne 33 est ouverte de sorte que P₁ devienne supérieure à P₂ et accélère le retour de métal vers le récipient pour éviter tout épanchement de métal dans le cylindre au moment où la tige de piston apparaît au niveau de l'orifice 8 et toute entrée d'air provenant dudit cylindre.

5. Le piston continue sa progression vers le haut pendant la solidification de la pièce tandis que la vanne 22 est mise à l'air pour faire chuter P₂. P₁ est modulée sur P₂ de manière à avoir constamment P₁ > P₂.

6. Les vannes restant dans la même position, le moule est ouvert et le piston dans son mouvement ascendant chasse la pastille d'injection.

7. Le piston revient à la position basse. Au moment où il démasque l'orifice 8, la vanne 29 se ferme de sorte qu'une légère pression de gaz est assurée par le régleur 30 afin de purger le conteneur.

[0025] Le cycle de moulage est alors redémarré.

[0026] Il est clair que toutes ces opérations sont rendues automatiques en utilisant des appareils de régulation et de contrôle bien connus de l'homme de l'art.

Revendications

1. Machine de moulage sous pression à chambre froide pour la fabrication de pièces métalliques contenant éventuellement des fibres en céramiques formée d'un plateau inférieur (1) fixe et d'un plateau supérieur (2) mobile entre lesquels est placé un moule (3) présentant une empreinte (4) de la pièce à mouler, ledit plateau inférieur étant équipé d'un dispositif d'injection constitué par un conteneur (5) dans lequel coulisse un piston (6) supporté par une tige (7), ledit conteneur étant relié par l'orifice (8) à une tuyauterie (9) qui plonge dans un bain (10) liquide du métal à mouler contenu dans un récipient (12) étanche, ledit récipient pouvant être mis sous une pression P2 par l'intermédiaire d'une arrivée de gaz (13) afin d'envoyer le métal vers le conteneur, caractérisée en ce que dans le but d'éviter tout épanchement de métal liquide sur la tige du piston et toute entrée d'air dans la tuyauterie (9), ladite tuyauterie est équipée en un point (15) de sa paroi voisin du conteneur (5) d'une alimentation en gaz inerte (14) et d'une poche sous pression P1 dépendant de la position du piston (6) et de P2.

2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que P₂ étant supérieur à P₁ durant la période d'alimentation en métal du conteneur et de l'empreinte, P₁ devient supérieur à P₂ à l'instant où le piston dans son mouvement ascendant masque l'orifice (8).

3. Machine selon la revendication 1 caractérisée en ce que la valeur de P₁ est réduite à l'instant où le piston dans son mouvement descendant démasque l'ouverture (8) et ce jusqu'à ce que P₂ augmente.

4. Machine selon la revendication 1 caractérisée en ce que les différences de pression P1 et P2 sont obtenues à l'aide d'un manomètre différentiel (16) commandé par un palpeur (17).

Dessins