Procédé d'alimentation en métal sous basse pression d'un moule en sable borgne, moule et installation de coulée correspondants

Abstract

 Le moule (4) comprend à chaque étage plusieurs empreintes (31) alimentées via des attaques (32A, 32B) reliées au puits de coulée (28) par au moins un canal intermédiaire (30A, 39B). Toutes les attaques alimentées par un même canal intermédiaire débouchent dans la même empreinte.
Application au moulage de pièces de fonderie paroi mince ayant une forme allongée.

Description

[0001] La présente invention est relative à la coulée de métal sous basse pression en moule en sable borgne. Elle concerne en premier lieu un procédé pour alimenter plusieurs empreintes d'un même étage d'un moule en sable borgne, en coulée de métal sous basse pression, l'alimentation s'effectuant via un puits de coulée, au moins un canal intermédiaire et des attaques.

[0002] La technique de coulée sous basse pression (voir par exemple les FR-A-2 295 808, 2 367 566 et 2 556 996 au nom de la Demanderesse) est particulièrement avantageuse, par rapport à la coulée gravitaire, pour réaliser des pièces métalliques à paroi mince et/ou de forme complexe et/ou de grandes dimensions. En effet, la pression exercée par le métal, qui résulte de l'injection d'un gaz dans une poche étanche contenant le métal liquide, peut être commandée à volonté de façon à pousser le métal dans tous les recoins des empreintes.

[0003] Dans la technique classique, à chaque étage du moule, un canal intermédiaire unique, ou deux canaux intermédiaires diamétralement opposés, relient le puits de coulée à l'ensemble des attaques de l'étage.

[0004] Cette manière de faire présente les inconvénients suivants :

(1) Lorsque les pièces à couler ont une forme allongée complexe et sont disposées tête-bêche à chaque étage du moule, les attaques ne sont pas disposées symétriquement par rapport au canal de coulée les alimentant et le nombre d'attaques, pour un canal donné, peut varier d'une empreinte à l'autre à un même étage. Le remplissage des deux empreintes n'est donc pas équilibré.

(2) Le canal unique a une grande section, favorable à la création de turbulences dans le flot de métal et, par suite, à l'érosion du sable et à l'occlusion de bulles d'air, au détriment de la santé des pièces obtenues ; de plus, un tel canal consomme beaucoup de métal pour son remplissage.

(3) Dans le cas d'un moule à plusieurs étages, à cause de la grande section du canal intermédiaire, il n'est par possible de faire monter rapidement le métal jusqu'au sommet du puits de coulée, et le remplissage s'effectue en fait par étage, ce qui ne permet pas de bénéficier de tous les avantages de la coulée basse pression.

(4) Lorsque la pression est relâchée, après solidification des attaques qui forment obturateurs (voir le FR-A-2 295 808 précité), le metal contenu dans le canal intermédiaire, représentant un volume relativement grand qui s'est notablement refroidi, retourne dans la poche de coulée. A la coulée suivante, c'est du métal moins chaud qui monte en premier dans le puits de coulée, ce qui nuit à la qualité de certaines pièces moulées. Pour la même raison, un déplacement de métal excessif est necessaire à chaque coulée.

[0005] L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients. A cet effet, le procédé suivant l'invention est caractérisé en ce qu'on affecte à chaque canal uniquement des attaques débouchant dans une seule empreinte.

[0006] Suivant d'autres caracteristiques :

• on envoie dans le tube d'amenée un débit de métal liquide adapté pour provoquer une montée de ce métal au-dessus de tous les canaux intermédiaires;
• on maintient la pression d'alimentation du moule jusqu'à solidification de tous les canaux intermédiaires, puis on relâche cette pression.

[0007] L'invention a également pour objet un moule en sable borgne destiné à la mise en oeuvre d'un tel procédé. Ce moule, du type comprenant un puits de coulée et au moins un étage où sont prévues plusieurs empreintes, ces empreintes étant alimentées via des attaques reliées au puits de coulée par au moins un canal intermediaire, est caracterisé en ce que toutes les attaques alimentées par un même canal intermédiaire débouchent dans la même empreinte.

[0008] Suivant d'autres caractéristiques :

• chaque empreinte est alimentée par deux canaux intermédiaires s'étendant de part et d'autre du puits de coulée ;
• la somme des aires des sections d'entrée des canaux intermédiaires d'un étage est nettement inférieure à l'aire de la section du puits de coulée ;
• le moule est multiétages.

[0009] L'invention a encore pour objet une installation de coulée de metal sous basse pression en moule en sable borgne, du type comprenant une poche de coulée d'où part un tube d'amenée ouvert vers le haut, une source de gaz sous pression reliée à la poche, au moins un moule en sable borgne comprenant un puits de coulée ouvert vers le bas et au moins un étage où sont prévues plusieurs empreintes, ces empreintes étant alimentées via des attaques reliées au puits de coulée par au moins un canal intermédiaire, et des moyens pour appliquer la base du puits de coulée sur l'ouverture du tube d'amenée, caractérisée en ce que le moule est tel que défini ci-dessus.

[0010] Un exemple non limitatif de mise en oeuvre de l'invention va maintenant être décrit en regard des dessins annexés sur lesquels :

• la Fig. 1 représente schématiquement, en coupe verticale, une installation de coulée conforme à l'invention ;
• la Fig. 2 représente un moule utilisé dans cette installation, en coupe suivant la ligne II-II de la Fig. 3 ; et
• la Fig. 3 est une vue prise en coupe suivant la ligne III-III de la Fig. 2.

[0011] L'installation présentée à la Fig. 1 comporte une enceinte 1 formant une poche ou réserve de métal liquide 2, un bâti 3 de support de moule et un moule en sable 4. Elle est appliquée à la coulée sous basse pression de fonte (fonte grise ou fonte à graphite sphéroïdal) dans le moule 4. A part la configuration interne de ce moule, l'installation est identique à celle décrite dans le FR-A-2 295 808 précité.

[0012] La poche 1, fixe, comporte un couvercle supérieur 5 fixé de façon étanche à ses parois latérales et verrouillé par des moyens appropriés (non représentér). Une buse de coulée 6 traverse un orifice 7 ménagé dans le couvercle 5. Cette buse 6 comporte une partie inférieure tubulaire 8 dont le diamètre extérieur correspond au diamètre de l'orifice 7 et une partie supérieure 9, de forme générale tronconique, qui s'appuie de façon étanche sur la périphérie de l'orifice 7 par sa grande base plane 10. Une garniture d'étanchéité 11 constituée par un cordon d'amiante est logée dans une gorge ménagée dans la base 10 de la buse. La buse 6 est traversée par un conduit ou tube d'amenée 12 en matériau réfractaire plongeant dans la fonte jusqu'au voisinage du fond de la poche 1 ; la partie supérieure du conduit 12 débouche au centre de la buse 6, au niveau de la face supérieure plane de celle-ci.

[0013] La poche 1 est reliée à une source 13 de gaz sous pression par un conduit 14, la mise en communication de la poche 1 avec la source de pression 13 ou avec l'atmosphère s'effectuant par un dispositif approprié 15 extérieur à la poche. Un manomètre 16 permet de surveiller la pression régnant à l'intérieur de la poche lors de la coulée.

[0014] Le bâti 3 comprend des poteaux 17 munis à leur base de roues 18 portées par deux rails 19.

[0015] Les poteaux 17 sont réunir à leur extrémité supérieure par un plafond 20 portant un verin 21 dirigé vers le bas et dont la tige de piston 22 porte, articulée à son extrémité inférieure, une plaque d'appui 23.

[0016] Les poteaux 17 portent également chacun une collerette 24 sur laquelle s'appuie un ressort hélicoïdal 25. Une plaque de support 26 horizontale peut coulisser verticalement le long d'une partie des poteaux 17 située au-dessus des collerettes 24 ; cette plaque 26 est en appui constant sur l'extrémité supérieure des ressorts 25 et est sollicitée par ceux-ci vers le haut. Lorsqu'aucune pression vers le bas n'est appliquée à la plaque 26, celle-ci se trouve à un niveau supérieur à celui de la face supérieure de la buse 6. Une ouverture circulaire 27, de diamètre suffisant pour laisser passer la buse 6, est ménagée dans la plaque 26.

[0017] Le moule 4 est un moule borgne massif multiétage, par exemple à trois étages, comme représenté sur la Fig. 2. Il est réalisé en sable et comprend un puits de coulée 28 vertical, de section circulaire à peu près égale à celle du tube d'amenée 12. Ce puits est ouvert à sa hase, qui présente un logement 29 ayant une forme évasée tronconique conjuguée de celle de la buse 6. Il s'étend jusqu'à une certaine distance de la face d'extrémité supérieure du moule.

[0018] Les trois étages sont identiques, et la structure de chaque étage apparaît sur la Fig. 3. Du puits de coulée 28 partent horizontalement quatre canaux intermédiaires, dont deux 30A s'étendent dans une première direction, parallèlement l'un à l'autre, et les deux autres 30B s'étendent dans la direction opposée et sont également parallèles l'un à l'autre. Chaque canal 30B s'étend dans le prolongement d'un canal 30A. L'étage comprend encore deux empreintes 31 de forme allongée, identiques et disposées tête-bêche, c'est-à-dire symétriquement par rapport à l'axe vertical X-X du puits de coulée. Chaque empreinte, qui s'étend de part et d'autre du puits 28, est alimentée par trois attaques. Dans l'exemple représenté, il y a pour chaque empreinte une attaque 32A d'un côté du puits et deux attaques 32B de l'autre côté. L'attaque 32A relie l'empreinte à un canal 30A, et les deux attaques 32B la relient au canal 30B situé dans le prolongement de celui-ci. Chaque canal 30A ou 30B ne relie le puits de coulée qu'à une seule empreinte 31. En considérant l'ensemble de l'étage (Fig. 3), les attaques qui alimentent l'une des empreintes, étant disposées en fonction des nécessités d'alimentation de l'empreinte en métal, sont situées à des distances variables de l'axe X-X et n'ont pas de raison de se trouver en face de celles qui alimentent l'autre empreinte.

[0019] Les canaux 30A et 30B ont une section relativement petite, puisque chacun d'eux n'alimente qu'un petit nombre d'attaques. Plus précisément, la somme des aires des sections des canaux intermédiaires 30A, 30B d'un étage est nettement inférieure à l'aire de la section du puits de coulée 28, par exemple inférieure à 10 % de cette aire. Si les canaux sont à section variable, c'est leur section d'entrée qui remplit cette condition.

[0020] Le fonctionnement de l'installation est le suivant : le bâti 3 étant éloigné de la poche 1, un joint d'étanchéité réfractaire approprié 33 est appliqué au fond du logement 29 du moule 4. Le moule 4, contenant dans chaque empreinte un noyau non représenté, est placé sur la plaque 26 et centré sur l'ouverture 27 de celle-ci, puis le bâti 3 est amené sur les rails 19 au-dessus de la poche 1 de fonte liquide de façon que la buse 6 se trouve en regard du logement 29 du moule. Le vérin 21 est alors mis en extension de façon à abaisser, par l'intermédiaire de la plaque 23, le moule 4 et son support 26 à l'encontre de la force des ressorts 25. Cette opération serre le joint 33 entre le fond du logement 29 et la buse 6 et assure la liaison étanche du puits de coulée au tube d'amenée.

[0021] La poche 1 est ensuite reliée à la source de pression 13 par manoeuvre du dispositif 15. La pression agissant sur la surface libre de la fonte fait monter celle-ci dans le tube 12. La fonte remplit le puits 28 du moule, les canaux 30A et 30B et les empreintes 31. La pression est maintenue pendant un temps déterminé en fonction des dimensions et des formes des pièces à obtenir. Le puits 28 joue pendant ce temps le rôle de réserve ou de masselotte en apportant aux empreintes la fonte liquide supplémentaire destinée à compenser les retraits. Puis les attaques et les canaux intermédiaires se solidifient, la pression de gaz est ramenée à la pression atmosphérique dans la poche 1, par manoeuvre du dispositif 15, et la fonte liquide se trouvant dans le puits 28 et dans le tube 12 redescend dans la poche 1 en évacuant ces deux conduits.

[0022] L'action du vérin 21 est alors supprimée, l'ensemble moule-support 26 est écarté de la buse 6 sous l'action des ressorts 25, et l'ensemble du bâti 3 est éloigné horizontalement de la poche sur les rails 19.

[0023] Grâce au dimensionnement des canaux 30A, 30B indiqué plus haut, et en assurant par le conduit 14 un débit de gaz approprié, le metal liquide monte rapidement dans le puits 28, assurant une hauteur métallostatique suffisante pour alimenter chaque empreinte individuellement par son couple de canaux 30A et 30B. Ceci permet d'obtenir un remplissage équilibré et simultané de toutes les empreintes, quel que soit l'étage et quelle que soit leur forme. De plus, l'étroitesse des canaux intermédiaires limite le débit de métal qui s'y écoule, ce qui conduit d'une part à un déplacement minimal de métal à chaque coulée, et d'autre part à un remplissage mieux contrôlé et plus calme des empreintes. Il en résulte finalement une amélioration de la santé des pièces coulées.

[0024] Il faut encore noter que l'utilisation des canaux intermédiaires comme obturateurs évite tout retour de métal notablement refroidi dans la poche, sans réduire le rendement en métal. Ceci est très avantageux pour la reproductibilité des conditions de coulée. De plus, le métal légèrement refroidi contenu dans le puits de coulée est, à la coulée suivante, réparti entre toutes les empreintes du moule, et le bilan thermique est particulièrement favorable.

Revendications

1. Procédé pour alimenter plusieurs empreintes (31) d'un même étage d'un moule en sable borgne (4), en coulée de métal sous basse pression notamment multiétages, l'alimentation s'effectuant via un puits de coulée (28), au moins un canal intermédiaire (30A, 30B) et des attaques (32A, 32B), caractérisé en ce qu'on affecte à chaque canal uniquement des attaques débouchant dans une seule empreinte.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on envoie dans le tube d'amenée un débit de métal liquide adapté pour provoquer une montée de ce métal au-dessus de tous les canaux intermédiaires (30A, 30B).

3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, cractérisé en ce qu'on maintient la pression d'alimentation du moule jusqu'à solidification de tous les canaux intermédiaires (30A, 30B), puis on relâche cette pression.

4. Moule en sable borgne pour la mise en oeuvre d'un procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3,du type comprenant un puits de coulée (28) et au moins un étage où sont prévues plusieurs empreintes (31), ces empreintes étant alimentées via des attaques (32A, 32B) reliées au puits de coulée par au moins un canal intermédiaire (30A, 30B), caractérisé en ce que toutes les attaques alimentées par un même canal intermédiaire débouchent dans la même empreinte.

5. Moule en sable suivant la revendication 4, caractérisé en ce que chaque empreinte (31) est alimentée par deux canaux intermédiaires (30A, 30B) s'étendant de part et d'autre du puits de coulée (28).

6. Moule en sable suivant la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la somme des aires des sections d'entrée des canaux intermédiaires (30A, 30B) d'un étage est nettement inférieure à l'aire de la section du puits de coulée (28).

7. Moule suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il est multiétages.

8. Installation de coulée de métal sous basse pression en moule en sable borgne, du type comprenant une poche de coulée (1) d'où part un tube d'amenée (12) ouvert vers le haut, une source (13) de gaz sous pression reliée à la poche, au moins un moule en sable borgne (4) comprenant un puits de coulée (28) ouvert vers le bas et au moins un étage où sont prévues plusieurs empreintes (31), ces empreintes étant alimentées via des attaques (32A, 32B) reliées au puits de coulée par au moins un canal intermédiaire (30A, 30B), et des moyens (21) pour appliquer la base du puits de coulée sur l'ouverture du tube d'amenée, caractérisé en ce que le moule est conforme à l'une quelconque des revendications 4 à 7.

Dessins