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Pièces fondues en moules rotatifs
La présente invention se rapporte à la-fabrication de pièces fondues en moules rotatifs/en particulier à des piè- ces faites avec des métaux ferreux, du fer et même de l'acier.
Dans la fabrication de telles pièces, comme par exemple des tuyaux en fer ou en acier, il y a deux considérations qu'il faut toujours avoir préconten à l'esprit, là où, pour obtenir une production rapide et économique, le moule est permanent, c'est-à-dire où un nombre considérable de pièces doit être fait sans détérioration du moule ou de la garniture. Un tel mou- le est de préférence en métal.
Une de ces considérations, c'est qu'il faut 'éviter la trem- pe de,la coulée par le moule permanent, en métal ou autre ma- tière, pour éviter un recuit ou autre traitement subséquent par la chaleur. La seconde considération c'est la nécessité d'une surveillance et d'un contrôle .sur la température du mou- le, non seulement pour avoir une pièce fondue non trempée, comme il vient d'être dit, mais aussi pour rendre moins brus- ques les changements de température du moule, en particulier quand il est en métal.
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Un procédé et un moyen pratique pour réaliser ces condi- tions ont été présentés déjà par le demandeur; ils consistent dans l'emploi d'une structure tournante, composée d'un moule intérieur et d'un corps tubulaire extérieur séparé du moule par un intervalle, de manière à former une chambre annulaire pour de la vapeur de mercure; le procédé comprend des varia- tions de pression et, par suite de la température de l'en- veloppe de vapeur par intervalles pendant la coulée et entre les coulées successives.
Le demandeur a proposé la vapeur de mercure parce que sa température élevée est accompagnée d'une pression relativement faible comparativement à ce qui se passe pour la vapeur d'eau, et parce qu'elle est recomman- dable à d'autres égards encore ; a en outre proposé l'em- ploi de plusieurs machines de fonderie avec chambres annu- laires communiquant entre elles, où. la vapeur circuleûans un circuit hermétiquement fermé, de façon qu'une chambre ait sa pression de vapeur augmentée complètement ou en partie par suite d'une diminution de la pression de la vapeur d'une au- tre machine.
Par cet agencement, une production très rapide est possible dans chacune des machines; pendant qu'une machine re- çoit sa charge de métal fondu, une autre machine donne la forme à une charge précédemment reçue; une troisième machi- ne a sa coulée en train de prendre; la suivante a. cessé de tourner en attendant le retrait de la pièce fondue; une au- tre, arrêtée aussi, vient d'être débarrassée de sa pièce fon- due ; une autre encore est en cours d'inspection après le retrait de sa pièce fondue et est préparée pour recevoir une autre charge, et ainsi de suite, d'après le nombre de machi- nes en batterie dans chaque installation.
Une ou plusieurs chaudières sont incorporées dans le système fermé pour assu- rer le plein de vapeur au .cas d'un arrêt prolongé de la produc- tion pour une raison quelconque; il y a également un ou plu- sieurs condenseurs faisant de préférence partie de'géné- rateurs de vapeur d'eau ou dautres échangeurs de chaleur pour
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enlever et utiliser l'excès de B.t.u. (ou calorique) déve- loppé pendant une coulée prolongée.
La présente invention a pour but de réaliser certains perfectionnements de procédé et d'appareil dans-une simple machine de fonderie ou dans un système comme celui indiqué.
Ces perfectionnements font du procédé décrit plus haut un procédé- réellement industriel, en même temps que très éco- nomique et très utile, à cause de la facilité avec laquelle on peut surveiller et contrôler la vitesse de solidification d'une pièce fondue, et à cause de la rapidité avec laquelle on obtient'chaque pièce et aussi une série donnée de pièces.
A cet effet, la présente invention comporte d'une part un procédé et un appareil pour injecter ou introduire du mer- cure liquide dans la chambre de vapeur d'une machine de fon- derie, où et quean il y a lieu, et d'autre part, un procédât un appareil pour décharger le mercure liquide de cette chambre, où et quand il y a lieu,
Sous sa forme d'exécution préférée, l'invention procu- re un procédé et un appareil pour:
1 Utiliser une enveloppe de vapeur sous pression déter- minée, afin de maintenir le moule à une température assez élevée, 'pendant l'introduction dumétal fondu, pour qu'il res- te à l'état de fusion assez longtemps gour que la charge se distribue convenablement dans le moule, quoiqu'elle y entre d'une manière inégale;
2 d'utiliser ensuite une autre pression déterminée qui fasse prendre la fonteaussi vite que possible et toutefois avec le degré de lenteur requis pour que la troisième contrac- tion do la pièce se produise avant le précipité de cémentite proeutectolde ou, autrement, pour que la pièce refroidisse assez lentement jusqu'au point critique, mais que, bien vite après ce refroidissement, cette pièce prenne'la structure cris- talline voulue, c'est-à-dire ne subisse pas un effet de trempe qui nécessiterait un recuit ou un nouveau traitement à chaud;
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3 utiliser ensuite une autre pression déterminée de la vapeur et, en combinaison avec cela, une injection de mercu- re liquide, pour refroidir la pièce de fonte très rapidement au-delà du point critique, afin de la rendre près vite assez rigide pour être retirée;
4ö utiliser enfin une autre pression déterminée de la va- peur pour faire monter la température du moule comme il est dit au 1 si une autre pièce doit être coulée, pendant la marche;
5 recueillir et décharger tout le mercure liquide qui a été accumulé dans la chambre.
Une forme d'exécution de l'appareil est représentée sur les dessins ci-annexés qui indiquent: fig.1, en élévation par côté, une machine dans laquelle on fond un tuyau; certaines parties cachées sont marquées par des traits interrompus; fig.2, une coupe par un plan vertical le long de l'axe, re- présentant à grande échelle, l'extrémité, en forme de clo- che, du moule ; fig.3, une coupe transversalesuivant la ligne 3-3 de la figure 1; fig.4, une coupe axiale verticale de l'autre extrémité du moule; fig.5, un schéma des opérations.
La mabhine comporte un corps tournant composé d'une en- veloppe cylindrique 5, monté dans des cadres 6 et portant des colliers 7 qui font partie du mécanisme moteur. Un por- te#noyau 8 tourne sur un conduit, de métal fondu 9, alimenté par uepoche de chargement 10, porté par un pied 11 pivotant
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sur un tlrlick l.
Cette structure tournante comprend le moule à parois mé- talliques 15 et 15a, une enveloppe tubulaire 16 autour de la chambre de vapeur 17, un revêtement isolant 18 entre l'enve-
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loppa lik, la uyl11.d1'c oxtérlout1 G aL lz-m aullial'a la oL 1.
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La. chambre 17 située à l'extrémité en forme de cloche est hermétiquement close, la paroi extérieure 15 du moule étant munie d'un rebord et soudée sur l'enveloppe 16, en 19.
L'autre bout du moule e sperme par une plaque circulaire 20 à laquelle est soudé en 21 un rebord de la paroi 15 du moule même.
L'enveloppe tubulaire 16 se rétrécit en forme de cône au-delà de l'extrémité mâle du moule, et au-delà de son point de fixation au collier 14, elle forme un prolongement 16' qui a tourne dans le palier 22 formé dans le cadre 22..
L'enveloppe 16 est creuse de bout en bout, et la chambre de vapeur 17 qu'elle contient a. un seul passage combiné pour l'admission et l'évacuation, communiquant avec un passage à soupape 23 formé dans le cadre 22.
Sur le même axe que le palier 22a se trouve une -boite 24 dans laquelle passe le tube d'alimentation 25 nul se pro- longe dans un passage 28 et se termine à l'autre bout, par une tête de raccord conique 26 d'où partent plusieurs tubes en spirale 27 pour injecter du mercure liquide.
Chacun des tubes 27 -est supporté d'une façon rigide contre le côté' de l'avancé (indiqué par la flèche de la figu- re 3), d'un aileron en spirale 29. Les ailerons sont fixés par soudure à l'enveloppe 16 et vont du collier d'espace- ment 30 (figure 2) à l'extrémité extérieure du prolongement 16' (figure 4)a Les ailerons 29 sont formés près de la partie conique de l'enveloppe 16 et du raccord conique 26 adapté au tube 25, de manière à suivre le contour de cette enve- loppe sur laquelle ils sont soudés par leur bord.
A l'extrémité de la machine, le moule 15-15 est tenu et centré par le collier 31 entaillé sur tout le pourtour, de distance en distance, pour le passage des ailerons et des tu- bes d'aspersion et pour donner une issue à la vapeur.
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Les ailerons recueillent et déchargent le mercure liquide de la chambre 17 pendant que le moule tourne au-dessoue du
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maximum de vitesse que permetune force centrifuge qui n'est pas assez élevée pour entraîner le liquide dans les parties extérieures de la chambre. Par suite, pour retirer le mercu- re liquide en l'envoyant dans le passage 23 et le faire re- tourner au système fermé pour y être employé comme il a eté dit, le moule tourne, au moment voulu dans le cycle, à la vitesse à laquelle la force centrifuge n'agit pas avec assez d'énergie sur le liquide pour l'empêcher de subir l'action de la gravité.
Chaque fois que la température du moule doit être affec- tée par le retrait du mercure liquide, le moule tourne à une vitesse inférieure à celle à laquelle les ailerons 29 fonc- tionnent pourdécharger le liquida.
A cet égard, il convient de se reporter au diagramme de la figure 5, sur lequel il ne faut d'ailleurs pas se baser pour déterminer, par la mesure des longueurs des li- gnes ou des courbes les durées des opérations. Das ce dia- gramme, la courbe 32 est celle des températures du moule, la courbe 33 est celle de la température de la pièce fon- due; le nombre de tours par minute du moule est représenté par la courbe 34, tandis que les lignes 35 et 36Lreprésentene respectivement. des températures de 6502 C. et de 35 C.; la ligne 37 indique le nombre maximum de touispar minute, et la ligne 38 correspond à une vitesse rotative nulle. La distan- ce 39 entre les lignes 38 et 40 marque les vitesses du mou- le auxquelles se fait l'éjection du mercure liquide.
Les cour- bes 32 et 34 indiquent grossièrement le cycle d'opérations pour fondre:un tuyau. Les points 41,42,43,44 et 45 sont res- pectivement les points du cycle où la rotation du moule commence, où le métal fondu est versé, où le point critique est atteint pendant la prise ou solidification du métal, où la rotation s'arrête, et où le tuyau est extrait. Tou- tefois, le moule peut être arrêté ou mis en mouvement pour être arrêté aussitêt après avoir atteint le point critique 43,
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ou à peu près au moment où le jet de mercure liquide se pro- duit, douane il est dit ci-dessous.
La flèche 45 indique quand la vapeur est introduite seule ou quand. elle augmente de pression pour commencer à faire monter la température du moule jusqu'à un point où le métal fondu peut être versé; la.période préliminaire de non-augmentation de la pression de la vapeur est indiquée en 47, et celle d'extraction par les conduits 29 d'un mercure liquide dans la chambre 27 est indiquée en 48.
Pendant la période 49, la force centrifu- ge distribue le métal fondu dans le moule; la période 50 est celle de la solidification lente au point critique, et la période 51 est la prise rapide finale pour permettre l'ex- traction rapide du tpyau. Pendant la pérbde 52, la pression de la vapeur est maintenue; elle augnente d'abord, puis di- minue comme le montrent les courbes 32 et 34, tandis que de la chaleur est abandonnée par la prisa ou solidification du métal moulé. Pendant la période 53, il y a sans doute conden- sation de vapeur, mais les condensations sont tenues éloi- gnées du moule par la force centrifuge. Pendant la totalité ou au moins la première partie de la période 54, le mercure froid liquide est injecté, et-pendant la période 55 le li- quide chaud est extrait.
A noter que les périodes d'extrac- tions 48 et 55 du mercure coexistent seulement quand le moule tourne à une vitesse ne dépassant pas la limite admissible 39. Les lignes interrompues tracées avant les têtes de flèches indiquent que la fin des périodes ainsi désignées sont par- ticulièrement susceptibles de variations dans différentes circonstances. Dans un cycle comprenant une série de piè- ces fondues, les deux courbes principales se répètent, au point C', chaque fois que le point o est atteint, en se trouvant projeté à l'endroit du point C.
L'invention n'est pas limitée, comme application, à la fabrication de pièces moulées en métal ferreux, ni à un appareil comprenant nécessairement un moule métallique ou même un moule permanent; elle n'est pas davantage limitée
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à la fabrication d'articles de forme allongée et de section transversale circulaire, tels que des tuyaux ou des disques, comme des roues de véhicules, ou des pièces à bords amincis, comme des sabots de frein; ni à.l'emploi de vapeur de mercure et de mercure liquide, si une autre vapeur et un autre/li- quide (que cette vapeur soit ou non le dit liquide sous une autre forme sont trouvés susceptibles d'être traités suivant les principes généraux de l'invention.