<Desc/Clms Page number 1>
Procédé et machine pour mouler des pistons creux.
La présente invention concerne un procédé et une machine de moulage, particulièrement applicables au moulage des pistons.creux ou ouverts, tels que ceux qui sont utilisés dans lesmoteurs d'automobiles et d'aéronefs. On sait que ces pistons sont souvent moulés en métaux légers, tels que l'aluminium ou ses alliages, et que leur moulage est fait dans des moules métalliques permanents.
L'invention remédie 'aux divers,inconvénients des' procédés de moulage antérieus grâce à un procédé remar- quable notamment en ce que l'emprisonnement de l'air par le métal coulé dans le moule est évité, l'air se trouvant dans la cavité du moule peut s'échapper de cette cavité
<Desc/Clms Page number 2>
avant que celle-ci soit entièrement remplie de métal en fusion, la distribution de métal fondu aux parties inté- rieures d'une pièce moulée peut être continuée jusqu'à de que ces parties intérieures aient pris, de façon à éviter'va formation de criques, cavités;et de contraction de cristal- lisation du métal.
L'invention s'étend aussi à une machine appropriée à la mise en oeuvre de ce procédé d'une manière rationnelle et rapide, et dans laquelle les diverses opérations à exécu- ter sont à tous moments sous le contrôle de l'ouvrier qui la conduit.
Diverses autres caractéristiques de l'invention ressor- tiront de la description détaillée qui suit et des dessins annexés, dans lesquels :
La fig, 1 est une vue en coupe verticale de l'ensemble de la machine conforme à l'invention.
La fig.2 est une vue en plan du châssis de moulage et de ses tuyauteries.
La fig. 3 est une vue en coupe suivant la ligne 3-3 de la fig. 2.
La fig. 4 est une vue en coupe de détail du robinet de commande.
La fig. 5 est une vue analogue à la fig. 3, mais mon- trant le moule ouvert et l'élément central du noyau tiré en arrière.
La fig. 6 est une vue analogue à la fig. 5, mais montrant les éléments latéraux du noyau resserrés de façon à libérer la pièce moulée.
La fig. 7 est une vue en coupe verticale d'un piston moulé représenté dans sa position relative par rapport à
<Desc/Clms Page number 3>
l'ajutage de coulée et montrant le piston moulé juste après que le métal a complètement pris, cette figure étant une coupe suivant la ligne 7-7 de la fig. 8.
La fig. 8 est une vue en coupe suivant la ligne 8-8 de la fig. 7.
@ 1 désigne un four de tout type convenable, dans lequel est montée une cornue 2 destinée à contenir le métal à couler. Ce four 1 peut être chauffé de toute manière appro- priée. Dans le dessin, on a représenté un brûleur à huile 3 pour le chauffer. La cornue 2 est construite de façon à être-hermétique et elle comporte un raccord d'arrivée d'air
4 relié par un tuyau 5 à une source convenable de distribu- tion d'air,comprimé (non représentée). Cette cornue est munie d'un siphon ou ajutage 6 plongeant dans le métal fondu contenu dedans et s'élevant au-dessus d'elle pour débiter le métal liquide, comme on l'expliquera plus loin.
Un châssis de support 7, sur lequel le moule est monté, est disposé au-dessus de la cornue 2. Ce châssis 7 est supporté par deux bras 8, articulés en 9 de toute manière convenable sur le four 1, ou tout support approprié. Les pivots constituent une liaison articulée disposée de façon que le châssis 7¯puisse être abaissé, ou relevé, c'est-à- dire éloigné du siphon 6. Des rails 10, sur lesquels deux consoles 11 sont montées pour y coulisser, s'étendent dans le sens de la longueur du châssis 7 sur sa face de dessous.
Deux éléments de moule 13 sont montés sur ces consoles 11 de toute manière appropriée, par exemple à l'aide de boulons''-12. La construction est étudiée de façon qu'en rapprochant les consoles 11 l'une de l'autre sur le châssis
7 les éléments du moule soient assemblés de manière à le
<Desc/Clms Page number 4>
fermer, tandis qu'en déplaçant les consoles en sens inve-rse le moule puisse être ouvert pour dégager la pièce moulée.
La machine représentée est destinée au moulage de pistons creux ou ouverts, tels que ceux utilisés dans les moteurs d'automobiles. Dans'ce cas, les éléments 13 du moule peuvent être munis de tiges 14 s'étendant à l'intérieur du moule pour donner naissance aux trous destinés à recevoir les paliers de l'axe du piston.
Chacune des consoles 11 est reliée à une tige 15 portant un piston 16, destiné à travailler dans un cylindre hydrau- lique 17. Ces pistons peuvent être commandés par la pression hydraulique, comme on le décrora plus complètement plus loin, pour séparer les éléments 13 du moule ou pour les rassembler.
Les cylindres 17 sont montés sur des consoles convenables 18 disposées sur le châssis 7.
Deux barres 19 montées pour se déplacer longitudinale- ment sur le châssis s'étendent entre les éléments 13 du moule et la plaque supérieure de chaque console 11. Chacune de ces barres 19 porte, à son.extrémité intérieure, l'un des deux éléments extérieurs 20 d'un noyau de moulage res- serrable ea trois parties, dont le troisième élément est indiqué en 21. Chacune des barres 19 est articulée en 22 à une barre de manoeuvre 23, dont l'extrémité postérieure est articulée en 24 sur le châssis 7 et dont l'extrémité antérieure 25 sert de poignée de manoeuvre pour la commande des barres 23. En faisant pivoter ces barres autour de leurs pivots 24 pour les rapprocher ou au contraire en les, séparant, on peut respectivement resserrer ou écarter les éléments 20 du noyau.
Une console 26 montée en pont sur le châssis 7, au
<Desc/Clms Page number 5>
milieu de celui-ci supporte un cylindre hydraulique 27, dont le piston 28 est relié par la tige de piston 29 à l'élément central 21 du noyau.
Le poids du châssis 7 et des pièces montées sur lui est équilibré par un contrepoids 30, relié à ce châssis par un câble convenable 31, passant sur une poulie 32, montée sur un support convenable 33. Grâce à cette cons- truction, le châssis 7 peut être facilement élevé ou abaissé autour de l'articulation 9, de façon à descendre le moule sur le siphon 6 ou à le remonter pour l'éloigner de ce dernier.
Les cylindres 17 et 27 sont reliés à une source conve- nable de fluide hydraulique sous pression par un robinet combiné 34 représenté en coupe dans la fig. 4. On voit sur cette figure que ce robinet comporte une chambre cylindrique centrale 35 dans laquelle un obturateur 36 est monté pour tourner. La tige de cet obturateur est munie d'une manette
37 servant à l'actionner. Le corps de ce robinet 34 comporte une série de canaux représentés dans la fig. 4, qui communi- quent avec la chambre 35 et auxquels sont raccordés les divers tuyaux conduisant le fluide comprimé aux cylindres.
Le tuyau 38.qui aboutit au robinet 34 (Fig. 4) provient d'une source de fluide sous pression hydraulique convenable (non représentée) telle qu'une pompe à huile ou analogue.
Quant au tuyau 39 qui constitue l'échappement de ce robinet, il ramène ce fluide à un récipient convenable (non représenté) pour le faire recirculer. Le tuyau A conduit à l'extrémité inférieure du cylindre 27 et le tuyau D conduit à son extré- mité supérieure¯ Les tuyaux 31 et B1 conduisent aux extré- mités intérieures des cylindres 17, B1 allant au cylindre
<Desc/Clms Page number 6>
de gauche et B2 aux cylindres de droite, selon la fig. 2.
Les tuyaux C1 et C2 conduisent respectivement aux extré- mités extérieures des cylindres de gauche et de droite 17.
On voit que lorsque l'obturateur 36 est dans la position représentée dans la fig. 4, .l'arrivée 38 de fluide sous pression communique avec les tuyaux A. B1 et B2, tandis
1 que l'échappement 39 communique avec les tuyaux C1, C2 et D.
Dans cette position, le fluide sous pression est par con- séquent distribué à l'extrémité inférieure du cylindre 27 et aux extrémités inférieures des cylindres 17. Il s'ensuit que les pistons disposés dans tous ces cylindres sont repoussés vers l'extérieur, de manière à faire reculer l'élément 21 du noyau et à séparer les éléments 13 du moule, comme le montre la fig. 5. Lorsqu'on actionne la manette 37 pour faire tourner l'obturateur 36 de 90 et l'amener dans la position représentée en pointillé dans la fig. 4, les communications de ces cylindres sont inversées. G'est-à- dire que les tuyaux A, B1 et B2 sont reliés au tuyau d'échappement 39, tandis que les tuyaux C1, C2 et D sont reliés à la source de fluide sous pression 38.
Lorsque l'obturateur se trouve dans cette position, les pistons sont tous repoussés vers l'intérieur, c'est-à-dire dans la position représentée dans la fig. 3, pour laquelle l'élé- ment 21 du noyau est abaissé et les éléments 13 du moule rassemblés autour du noyau.
Des roinets de réglage 40 sont montés dans les tuyaux B1 et B2,de sorte que la vitesse d'écoulement du fluide par ces tuyaux peut être réglée. Ces robinets 40 sont réglés de façon à ralentir le courant dans une -mesure suf- fisante pour retarder quelque peu l'action des cylindres 17,
<Desc/Clms Page number 7>
de manière qu'ils fonctionnent après le cylindre 27. Il s'ensuit que l'élément 21 du noyau est tiré en arrière avant que les éléments du moule ne s'ouvrent et qu'il est réintroduit auncoeur du noyau avant que les éléments du moule ne se referment.
Le tuyau 5 conduit de l'air comprimé à la cornue 2 et est relié, en passant par un robinet 41, à un tuyau 42, venant d'une source de distribution d'air comprimé (non représentée). Un manomètre 43 est monté sur le tuyau 5, de façon à indiquer à l'ouvrier conduisant la machine la pression d'air qui est appliquée sur la surface du métal fondu se trouvant dans la cornue 2.
Pour faire fonctionner cette machine, en partant de la position pour laquelle le moule est fermé, l'ouvrier abaisse le châssis 7 à la main de façon à abaisser le moule 13 sur le siphon 6. Un tampon isolant 44, pouvant affecter la forme d'une rondelle en amiante ou autre matière convenable, peut être interposé entre le siphon et le moule, de manière - à empêcher un chauffage excessif du moule au contact du siphon et également pour empêcher toute fuite de métal fondu. Une fois qu'il a ainsi placé le 'moule sur le siphon, l'ouvrier manoeuvre le robinet 41 pour faire arriver de l'air comprimé dans la cornue 2 jusqu'à ce qu'une certaine pres- sion prédéterminée (indiquée par le manomètre 43) soit atteinte. L'ouvrier apprend rapidement par l'expérience quelle est l'exacte pression nécessaire pour donner les meilleurs résultats à chaque moulage.
La pression engendrée sur la surface du métal fluide se trouvant dans la cornue 2 refoule de métal qui s'élève par le siphon 6 dans l'in- térieur du moule. Le métal s'élève alors dans le moule,
<Desc/Clms Page number 8>
tandis que l'air qu'il contient est refoulé à l'extérieur par des évents convenables ménagés dans la partie supérieure du moule. Les intervalles ou fissures se trouvant entre, les éléments du moule constituent ordinairement des évents suffisants. La pression peut être réglée de manière que le courant de métal soit calme, mais qu'il soit cependant suf- fisamment rapide pour remplir complètement le moule avant que le métal prenne. Lorsque le moule est plein, on ferme le robinet 41, en coupant ainsi l'arrivée de fluide sous pression dans la cornue.
Ce robinet est établi de façon à permettre en même temps l'échappement de l'air sous pres- sioii de la cornue.
Après avoir attendu un temps suffisant pour permettre au métal de sesclidifier, l'ouvrier relève le châssis 7, en le faisant pivoter autour de son articulation 9 pour le ramener à la position de la fig, 1. Puis il renverse la manette 37 dans la position de la fig. 4, après quoi les cylindres 27 et 17 fonctionnent, toutd'abord pour tirer l'élément 21 du noyau en arrière, ensuite pour ouvrir le moule. Cette manoeuvre amène les pièces dans la position représentée dans la fig. 5, position pour laquelle le moule est ouvert, l'élément 21 du noyau est tiré en arrière et la pièce moulée 45 est maintenue suspendue sur les éléments extérieurs 20 du noyau.
L'ouvrier saisit maintenant la pièce moulée avec une paire de pinces, puis il manoeuvre les manettes 25 pour repousser les éléments 20 du noyau vers l'intérieur dans leur position de resserrage, représentée dans la fig. 6. La pièce moulée est désormais entièrement libre et peut être retirée. Après le retrait de cette pièce moulée, les éléments 20 du noyau sont tout d'abord séparés
<Desc/Clms Page number 9>
en manoeuvrant les manettes 25, puis on fait pivoter la manette 37 pour la ramener à sa position originelle, sur quoi les cylindres fonctionnent tout d'abord pour ramener l'élément 21 du noyau à sa position et ensuite pour fermer les éléments 13 du' moule. Le cycle des opérations décrit ci-dessus peut alors être recommencé pour faire une nouvelle pièce moulée.
Pour assurer que le métal se trouvant dans le siphon 6 reste fluide, un brûleur 46 peut être disposé de façon à projeter une flamme contre ce siphon. Ce brûleur peut être disposé de façon à maintenir le siphon à une température élevée, et on peut ainsi régler la température du métal a passant par ce siphon.
Dans des pièces moulées qui comportent certaines parties plus lourdes (par exemple des parties de plus grand volume) que d'autres parties de ces pièces, la chambre du moule est, de préférence, disposée de façon que ces parties plus lourdes se trouvent en bas et que la gueule ou entonnoir de refoule- ment du métal communique aussi directement que possible avec ces parties plus lourdes. Dans les figs. 7 et 8, les parties les plus lourdes du piston moulé, à savoir celles dans les- quelles sont ménagées les rainures à segments et les zones de fond 50 et 51 sont placés, en bas. Dans le piston repré- senté, il y a aussi une cloison ou aile relativement lourde
52 qui s'étend en travers du fond.
Dans des pièces moulées de ce genre, il était difficile, lorsqu'elles étaient faites selon les procédés antérieurs, d'éviter les criques, cavités ou porosités dues à la contraction cristalline, dans les par- ties 50, 51 et 52. Or, on sait qu'il est particulièrement important d'éviter ces défauts dans ce type de piston,
<Desc/Clms Page number 10>
spécialement dans leurs fonds.
Conformément à l'invention, 1entonnoir¯ ou jet de coulée 53 est placé de façon à entrer dans le fond 50 de la pièce moulée sensiblement en son milieu. Cet entonnoir 53 comporte un col resserré 54 écarté d'une distance appropriée du fond 50 du piston. Des ailes latérales 55, qui peuvent aller en s'effilant vers la circonférence extérieure du fond du pistou, s'étendent en directions opposées en partant de la gueule 54 de l'entonnoir 53 et le long de l'axe du touril- lon du piston. Ces ailes peuvent être relativement étroites et constituer un trajet direct pour le courant de métal allant sur les cd és du piston où sont placés les bossages porte-paliers de l'axe-tourillon du piston.
Il s'ensuit qu'un rapide courant de métal vers ces parties est possible et qu'on assure ainsi un trajet direct au courant de métal allant aux parties massives de la pièce moulée. Ceci empêche que le métal prenne avant qu'il arrive à son emplacement convenable dans le moule, tout en le maintenant à un état suffisamment fluide pour qu'il parvienne dans toutes les parties de la cavité du moule,'ce qui permet de faire une pièce .coulée parfaite. De même, ces ailes aident beaucoup à tenir compte de la contraction cristalline dans les parties 50, 51 et 52 en fournissant du'métal directement à ces parties.
Le col resserré 54 constitue un point du trajet du courant de métal auquel le trajet est le plus étranglé. Ce point est espacé de façon appropriée à la fois du corps de la pièce moulée et du siphon 6. Il y a lieu de remarquer que c'est eu ce point que le courant de métal fondu allant à la pièce moulée est le plus rapide. Il y a aussi un
<Desc/Clms Page number 11>
courant de chaleur à travers le métal allant du siphon chauffé à la pièce moulée et c'est à la hauteur du col 54 que ce courant de chaleur est également le plus concentré
Par suite, les meilleurs conditions de fluidité du métal coulant à la pièce moulée sont celles qui règnent à la hau- teur du col 54. On voit que tout est étudié de façon que le métal coule à la cavité du moule de façon à s'élever dans cette cavité d'une manière symétrique.
Comme c'est le métal se trouvant dans le col 54 qui possède la plus grande concentration de chaleur, il est encore liquide lorsque le reste du métal contenu dans l'entonnoir se solidifie. En conséquence, lorsque le moule est retiré du siphon, cette partie liquide revient au siphon et la coulée est pratique- ment terminée au col 54.
Afin d'assurer que le métal coule librement et qu'il reste à un état suffisamment fluide même jusqu'à ce qu'il arrive à des parties distantes du moule, le siphon 6 peut être chauffé séparément par tout moyen convenable, par exemple à l'aide d'un brûleur 46 disposé pour projeter une flamme contre ce siphon. Conformément à l'invention, le siphon ou ajutage est chauffé à une température voulue pour maintenir le métal liquide.qui s'y trouve à une température sensiblement supérieure au point de fusion normal du métal.
Par exemple, si le point de fusion normal du métal à mouler est aux environs de 600 C, le siphon ou ajutage peut être maintenu à une température telle qu'il maintienne le métal qui y est contenu aux environs de 7000 C. On a constaté qu'en'chauffant ainsi le métal en fusion juste au moment où il entre dans'le moule, il est maintenu à un état très fluide jusqu'à ce qu'il ait eu une occasion d'entrer dans tous les
<Desc/Clms Page number 12>
recoins de la cavité du moule, de façon à former une pièce moulée parfaite, après quoi il se refroidit.progressivement, en prenant tout d'abord aux extrémités les plus éloignées de la gueule ou entonnoir de coulée, puis progressivement le long du piston, le fond de celui-ci prenant en dernier.
Le tampon isolant 44 assure que la haute température du siphon ou ajutage 6 ne chauffe pas excessivement le moule même. Il s'ensuit que l'absorption de chaleur de la pièce moulée par le moule n'est pas gênée.
En même temps, le bec 56 du siphon ou ajutage de coulée qui s'étend dans la gueule du moule est appropriée à fournir de la chaleur au métal qui s'y trouve, cette chaleur arri- vant du siphon ou ajutage fortement chauffé, dt de ce fait à empêcher que la partie inférieure de la pièce moulée prenne prématurément.
On voit que, grâce à cette machine simple à faire -fonctionner, on peut fabriquer rapidement des pièces moulées., Le moule est disposé de façon à être rapproché et éloigné du siphon ou ajutage qui distribue le métal à mouler. Les dispositifs hydrauliques sont destinés à exercer rapidement une force suffisante pour manoeuvrer les éléments du moule et du noyau, ceci se faisant avec peu d'effort de la part de l'ouvrier conduisant la machine. Le métal est amené à couler dans le moule de bas en haut sous une pression réglée et la pression réelle est indiquée à tous moments à l'ouvrier, qui peut ainsi procéder de temps en temps à de légers réglages de cette pression pour tenir compte des conditions du moment de la machine.
Il est par suite aisé pour l'ouvrier d'apprendre par une petite expérience exac- tement comment il faut régler l'opération de moulage de façon à produire un minimum de pièces moulées défectueuses.