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"Perfectionnements à la fabrication des roues de wagons"
Cette invention a trait à la fabrication des roues de wagons et vise, particulièrement le moulage centrifuge de roues de wagons en acier, préférablement dans un moule composite, de façon à provoquer une distribution régulière du métal, à constituer la jante de la roue à l'aide d'un métal homogène, dense et résistant à l'usure en refroidis- sant plus rapidement cette partie de la roue et à permet- tre en même temps au corps ou/centre de la roue de se re-
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froidir plus lentement, de façon qu'il acquière une solidi-
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',' ,;,1 .. .. ) té et une ductilité suffisantes pour pouvoir résister aux ruptures .
L'invention comprend aussi diverses caractéristiques qui seront décrites ci-après en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
Figs 1 est une coupe suivant I-I (Fig. 2) d'un mou- le établi en vue de son applioation à la mise en pratique de l'invention .
Fig. 2 est un plan de ce moule, vu du dessus .
Fig. 3 est une coupe suivant III-III (Fig. 4) dtune variante de ce moule .
Fig. 4 en est le plan, vu du dessus .
Dans ces figures, 2 désigne une table rotative sur la- quelle le moule servant à la fabrication de pièces par mou- lage centrifuge est destiné à tourner à une vitesse prédé- terminée qui dépend du diamètre et de l'épaisseur de la roue à mouler ainsi que d'autres facteurs . Sur la surface supé- rieure de la table 2 est montée une plaque de base ou so- cle de moule 3 sur lequel est placé . le noyau de sable in- férieur 4 préalablement établi .
Dans une creusure centra- le de ce noyau 4 est emboîté par son embase 6 (qui l'em- pêche d'osciller sous l'influence de la coulée du métal ou de la force centrifuge) un noyau intermédiaire 5 . Autour du noyau inférieur 4 est dispqsée une section de coquille de moulage inférieure 7 sur laquelle est montée une sec- tion de coquille intermédiaire 8 qui moule la majeure par- tie de la surface de roulement et du boudin de la roue, et sur ladite section de coquille 8 est montée à son tour la
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section de coquillesupérïeu9 ,
Le noyau de sable supé-
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rieur 10 est nupporté par un épaulement annulaire 12 soli- daire de la section de coquille supérieure 9 Des goujons
11 qui s'élèvent du noyau inférieur 4 contribuent à suppor- ter le noyau supérieur 10 Les pièces sont maintenues as- semblées par ,serrage entre la plaque de base 3 et la plaque supérieure 13 à l'aide de serre-joints 14 .
La plaque supérieure 13 présente une ouverture circu- laire 15 munie d'un rebord cylindrique et destinée à rece- voir un élément de tête ou rallonge 16 dans lequel sont mculés la masselotte et le prolongement externe du moyeu Cet élément 16 est fixé à la plaque supérieure 13 par des bandes ou segments de retenue 17 qui entourent ledit élé- ment et sont fixés l'un à l'autre par des agrafes 18 et à la plaque supérieure 13 par des agrafes 19 . L'ensemble est maintenu dans une pos ition centrale sur la table rotative par des goujons 20.
La section de coquille 8 présente des oreusures 21 dans lesquelles on peut engager des tenailles, de telle sote que cette section et le moule entier peuvent commodément être manipulé à l'aide d'une grue ou autre appareil de levage pendant le montage dans le but d'amener le moule à la table rotative 2 de la machine à mouler ,
Lorsque les divers noyaux de sable ont été préparés, on établit le moule de la façon suivante :
On place d'abord le noyau inférieur 4 au centre de la pla que de base 3, le noyau central 5 étant lui-même placé au centre dudit noyau 4 , On place ensuite la section de coquille inférieure 7, cette section étant fermement maintenue en position correc- te, par rapport au noyau inférieur 4, par l'emboîtement des surfaces coniques respectives de ces deux éléments . On abaisse alors la section de coquille 8 sur la section de
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coquille 7, l'emboîtement des surfaces coniques de ces deux éléments assurant leur assemblage rapide et exact .
On place ensuite la section de coquille supéri eure 9, et comme il est prévu entre cette section et la section 8 un emboîte- ment conique anaiogue à uelui prévu entre la section 8 et la section 7, l'assemblage exact de la section 9 avec la section 8 est aussi effectué rapidement . On abaisse alors. le noyau de sable supérieur 10, ce noyau étant guidé par les: faces coniques 22 de la section 9 et étant amené à l'affleu- rementde ladite section par sa rencontre avec son épaule- ment 12 . On met ensuite en place la plaque supérieure 13 et la rallonge 16, puis on serre les pièces l'aide des serre-joints 14, on monte les segments de retenue 17 et on les fixe à l'aide dos agrafes 18 et 19 .
Le moule est alcr s prêt à être placé, sur la table relative 2 et à recevoir sa charge de métal . Le jeu prévu entre les faces coniques 22 de la section de coquille supérieure et les faces corres- pondantes du noyau de sable supérieur non seulement facilite la mise en position dudit' noyau mais constitue aussi un dispositif assurant l'aération du moule .
On voit ainsi que la jante et le boudin de la roue, de même que les parties latérales de ces éléments, sont façon- nésdans une coquille permanente, tandis que la toile ou par- tie pleine et le moyeu de la roue sont façonnés dans un moule composé de noyaux de sable sec.
Lors du moulage, on communique à la table et au moule fixé à elle par les goujons 20 un mouvement de rotation de vitesse prédéterminée . Par exemple, on a constaté que dans le cas d'une.roue de 66 centimètres, une vitessa.satisfai- santé est celle comprise entre 300 et 400 tours par minute.
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Il est préférable de diminuer cette vitesse dans le cas de roues plus grandes et de l'augmenter dans le cas de roues plus petites .Le métal est alors coulé dans le moule et celui-ci est animé d'un mouvement de rdation jusqu'à ce que le métal se soit solidifiée ee qui demande normalement trois minutes environ pour une roue de 66 centimètres .Au moment où l'on coule le métal dans la rallonge 16, ce métal vient heurter la partie supérieure arrondie 23 du noyau 5 et est projeté contre les parois latérales internes 24 de la rallonge 16, puis distribué uniformément vers l'exté- rieur dans toutes les directions jusqu'à la périphérie de la cavité de moulage, sous l'action de la force centrifuge.
A la périphérie de la cavité de moulage, le métal fondu vient heurter la surface de refroidissement ou coquil- le constituée par les sections 7, 8 et 9, ce qui provoque le refroidissement rapide et la solidification de l'acier pendant qu'il est soumis à la pression résultant de la for- ce centrifuge .Cette pression a pour effet de chasser les gaz occlus hors du métal, et le refroidissement assure l'ob- tention l'un métal dense, homogène et résistant à l'usure près de la surface de roulement de la roue Lorsque la partie de la cavité dans laquelle la jante a été constituée est devenue complètement pleine,
le métal fondu remplit l'espace ménagé entre les noyaux de sable 4 et 10 et constituant la paroi ou toile de la roue . Cette partie mince est ainsi mise à même de se refroidir plus lentement en raison du fait que les noyaux de sable ne dis- sipent pas la chaleur aussi rapidement que la coquille ; en outre, ces noyaux fléchissent et permettent à l'acier de se contracter La dernière eortioii de métal coulée pour
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remplir le moule constitue la section supérieure du moyeu, et le mets,! monte alors dans la cavité de la rallonge 16 pour former une masselotte . C'est ce métal coulé en der- nier lieu qui est le plus chaud ; il compense le retrait nprmal du moyeu, ce qui assure l'obtention d'une section de moyeu pleine .
Aux vitesse&de rotation élevées, il est préférable que les parois 24 de la rallonge 16 aillent en se rétrécissant à mesure qu'on se rapproche de la partie supérieure, afin que le métal soit sollicité vers le bas, c'est-à-dire ers l'intérieur du moule, sous l'action de la force centrifuge.
Comme l'ouverture de coulée 16a de la rallonge 16 est rela-, tivement étroite, il est désirable de prévoir une rehausse fixe (non représentée) servant à diriger le métal vers l'o- rifice de cette rallonge .
Dans la variante des figures 3 et 4, le moule comporte un seul anneau 31 formant coquille qui est substitué aux trois sections 7, 8 et 9 des figures 1 et 2 . Les éléments supérieurs et inférieurs sont fixés ici les uns àux autres par des tiges 32 et des clavettes 33 .En outre, cette va- riante comporte une autre disposition de rallonge 34 dont la partie supérieure constitue unerchausse.
Lorsque les roues ont été coulées, elles sont soumises à un traitement thermique ou de recuit, ainsi qu'il est usuel dans la, fabrication des pièces moulées en acier .
Les avantages des moules composés qui viennent d'être décrits résident dans le fait que le métal de la coquille rend le moule suffisamment robuste pour qu'il puisse résis- ter à un mouvement de rotation rapide. En même temps, l'ef-
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fet de refroidissement du métal assure l'obtention d'un métal dense, résistant à l'usure et homogène à l'endroit de la jantetandis que les noyaux de sable enveloppant la toile et le moyeu de la roue empêchent le refroidissement trop rapide de ces éléments, de telle sorte qu'on obtient une struoture robuste et tenace .
En outre, pendant cette opération, les noyaux de sable 4 et 10 fléchissent et per- mettent à l'acier de se contracter comme dans un moule à sable adinaire . Enfin l'application combinée de sable et de métal réalise une économie considérable dans la quanti- té de sable requise .
Un autre avantage de l'invention réside dans le fait que la pression ferrostatique nécessaire pour produire des pièces coulées saines est obtenue avec une perte notable - ment plus faible dans les masselottes, étant donné que la pression centrifuge rend inutile de prévoir une hauteur de charge statique et produit une pression ferrostatique beaucoup plus grande que celle qui pourrait être obtenue avec la hauteur de charge statique assurée par les masse- lottes usuelles . Ceci a évidemment comme résultat une économie importante de métal .
Bien entendu, l'invention est susceptible de recevoir d'autres modes de réalisation et de nombreuses modifica- tions de détail sans s'écarter de son esprit .
- Revendications -
1. Un procédé de moulage centrifuge des roues, carac- térisé par le fait qu'on crée par la force centrifuge une pression qui s'exerce dans la partie centrale du moule et qui tend à comprimer le métal dans cette partie .
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"Improvements in the manufacture of wagon wheels"
This invention relates to the manufacture of wagon wheels and aims, particularly the centrifugal casting of steel wagon wheels, preferably in a composite mold, so as to cause an even distribution of the metal, to constitute the rim of the wheel to the 'using a homogeneous, dense and wear-resistant metal by cooling this part of the wheel more quickly and at the same time allowing the body or / center of the wheel to re-cool.
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cold more slowly, so that it acquires a solid
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',',;, 1 .. ..) t and ductility sufficient to be able to resist fractures.
The invention also comprises various characteristics which will be described below with reference to the accompanying drawings in which:
Figs 1 is a section on I-I (Fig. 2) of a mold established with a view to its application in the practice of the invention.
Fig. 2 is a plan of this mold, seen from above.
Fig. 3 is a section along III-III (Fig. 4) dtune variant of this mold.
Fig. 4 is the plan, seen from above.
In these figures, 2 denotes a rotary table on which the mold used for the manufacture of parts by centrifugal casting is intended to rotate at a predetermined speed which depends on the diameter and the thickness of the wheel to be molded. as well as other factors. On the upper surface of the table 2 is mounted a base plate or mold base 3 on which is placed. the lower sand core 4 previously established.
In a central hollow of this core 4 is fitted by its base 6 (which prevents it from oscillating under the influence of the flow of metal or of centrifugal force) an intermediate core 5. Around the lower core 4 is arranged a lower molding shell section 7 on which is mounted an intermediate shell section 8 which molds the major part of the running surface and the flange of the wheel, and on said section shell 8 is mounted in turn the
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upper shell section9,
The upper sand core
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rieur 10 is supported by an annular shoulder 12 integral with the upper shell section 9 Studs
11 which rise from the lower core 4 help to support the upper core 10. The parts are held together by clamping between the base plate 3 and the upper plate 13 by means of clamps 14.
The upper plate 13 has a circular opening 15 provided with a cylindrical rim and intended to receive a head element or extension 16 in which are inserted the weight and the external extension of the hub. This element 16 is fixed to the plate. upper 13 by retaining bands or segments 17 which surround said element and are fixed to each other by clips 18 and to the upper plate 13 by clips 19. The assembly is held in a central position on the rotary table by studs 20.
The shell section 8 has holes 21 into which pincers can be engaged, so that this section and the entire mold can conveniently be handled with a crane or other lifting device during assembly for the purpose. to bring the mold to the rotary table 2 of the molding machine,
When the various sand cores have been prepared, the mold is set up as follows:
The lower core 4 is first placed in the center of the base plate 3, the central core 5 being itself placed in the center of said core 4, The lower shell section 7 is then placed, this section being firmly held in place. correct position, relative to the lower core 4, by the interlocking of the respective conical surfaces of these two elements. The shell section 8 is then lowered onto the section of
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shell 7, the interlocking of the conical surfaces of these two elements ensuring their rapid and exact assembly.
The upper shell section 9 is then placed, and as provided between this section and section 8 a conical fit similar to that provided between section 8 and section 7, the exact assembly of section 9 with section 8 is also done quickly. We then lower. the upper sand core 10, this core being guided by the conical faces 22 of the section 9 and being brought to the outflow of the said section by its meeting with its shoulder 12. The upper plate 13 and the extension 16 are then put in place, then the parts are tightened using the clamps 14, the retaining segments 17 are fitted and they are fixed using the staples 18 and 19.
The mold is ready to be placed on the relative table 2 and to receive its load of metal. The clearance provided between the conical faces 22 of the upper shell section and the corresponding faces of the upper sand core not only facilitates the positioning of said core but also constitutes a device for ventilating the mold.
It can thus be seen that the rim and the flange of the wheel, as well as the lateral parts of these elements, are formed in a permanent shell, while the web or solid part and the hub of the wheel are formed in a mold composed of dry sand cores.
During molding, the table and the mold fixed to it by the studs 20 are imparted to a rotational movement of a predetermined speed. For example, it has been found that in the case of a 66-centimeter wheel, a satisfactory speed is that of between 300 and 400 revolutions per minute.
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It is preferable to decrease this speed in the case of larger wheels and to increase it in the case of smaller wheels. The metal is then poured into the mold and the latter is driven in a speed movement up to that the metal has solidified which normally takes about three minutes for a 66 centimeter wheel. When the metal is poured into the extension 16, this metal strikes the rounded upper part 23 of the core 5 and is thrown against the inner side walls 24 of the extension 16, then distributed evenly outward in all directions to the periphery of the mold cavity, under the action of centrifugal force.
At the periphery of the mold cavity, the molten metal strikes the cooling surface or shell formed by sections 7, 8 and 9, causing rapid cooling and solidification of the steel while it is subjected to the pressure resulting from the centrifugal force. This pressure has the effect of driving the occluded gases out of the metal, and the cooling ensures obtaining a dense, homogeneous and wear-resistant metal close to the running surface of the wheel When the part of the cavity in which the rim has been formed has become completely solid,
the molten metal fills the space formed between the sand cores 4 and 10 and constituting the wall or web of the wheel. This thin part is thus enabled to cool more slowly due to the fact that the sand cores do not dissipate heat as quickly as the shell; furthermore, these cores flex and allow the steel to contract The last eortioii of metal casting for
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filling the mold constitutes the upper section of the hub, and the food! then rises in the cavity of the extension 16 to form a weight. It is this metal cast last which is the hottest; it compensates for the nprmal withdrawal of the hub, which ensures that a solid hub section is obtained.
At high rotational speeds, it is preferable that the walls 24 of the extension 16 go in narrowing as you get closer to the top, so that the metal is biased down, i.e. towards the top. inside the mold, under the action of centrifugal force.
Since the pouring opening 16a of the extension 16 is relatively narrow, it is desirable to provide a fixed extension (not shown) for directing the metal towards the orifice of this extension.
In the variant of Figures 3 and 4, the mold comprises a single ring 31 forming a shell which is substituted for the three sections 7, 8 and 9 of Figures 1 and 2. The upper and lower elements are fixed here to each other by rods 32 and wedges 33. In addition, this variant includes another extension arrangement 34, the upper part of which constitutes a shoe.
When the wheels have been cast, they are subjected to heat treatment or annealing, as is usual in the manufacture of steel castings.
The advantages of the composite molds which have just been described reside in the fact that the metal of the shell makes the mold sufficiently robust so that it can withstand a rapid rotational movement. At the same time, the ef-
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The metal cooling effect ensures that a dense, wear-resistant and homogeneous metal is obtained at the location of the rim, while the sand cores enveloping the canvas and the wheel hub prevent too rapid cooling of these elements, so that a sturdy and tenacious structure is obtained.
In addition, during this operation the sand cores 4 and 10 flex and allow the steel to contract as in an adinary sand mold. Finally, the combined application of sand and metal achieves a considerable saving in the amount of sand required.
Another advantage of the invention lies in the fact that the ferrostatic pressure necessary to produce sound castings is obtained with a notably lower loss in the weights, since the centrifugal pressure makes it unnecessary to provide a head. static and produces a ferrostatic pressure much greater than that which could be obtained with the height of the static load ensured by the usual mass-burbot. This obviously results in a significant saving of metal.
Of course, the invention is capable of receiving other embodiments and numerous modifications of detail without departing from its spirit.
- Claims -
1. A method of centrifugal casting of wheels, characterized by the fact that, by centrifugal force, a pressure is created which is exerted in the central part of the mold and which tends to compress the metal in this part.
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