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BREVET D'INVENTION DE VINGT ANS " MACHINE POUR LE MOULAGE SOUS PRESSION DES METAUX FERREUX "
La présente invention a pour objet une machine pour le moulage sous pression des métaux ferreux et autres métaux ou alliages à point de fusion élevé;
Dans les machines à mouler sous pression les métaux à point de fusion élevé, un problème technique dont la résolution a jusqu'ici donné lieu à des difficultés sérieuses consiste dans le transport du métal fondu, depuis le four de fusion jusqu'à l'enceinte ou chambre de pression à partir de laquelle a lieu
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le refoulement dans les moules.
Pendant ce transport, il faut, en effet, que le métal fondu conserve la température élevée qui convient au moulage, Cette condition exclut les canalisations longues entre le four de fusion et la chambre de pression. Par ailleurs, si on utilise une chambre de pression qui peut être déplacée entre le four de fusion et les moules distants, la cadence des opérations de moulage dans les machines automatiques n'est nécessairement pas très rapide.
La machine selon l'invention apporte une solution simple et avantageuse au problème technique énoncé ci-dessus, sans donner lieu aux inconvénients mentionnés.
Elle se caractérise principalement en ce que la chambre de pression est constituée par un cylindre à axe disposé horizontalement et placé à demeure au-dessous d'un four ou chambre de fusion dont elle peut être très rapprochée, la dite chambre comportant deux fonds constitués par des pistons dont les déplacements : - d'abord synchronisés, assurent le transport d'une charge de métal fondu jusqu'au moule amené par un ensemble mobile, - puis différentiels, assurent le refoulement de la charge dans le moule.
Dans une forme de réalisation d'une machine qui met en oeuvre cette caractéristique de principe, les points remarquables ci-après sont simultanément appliqués : a) Le four de fusion comporte une chambre étanche à l'atmosphère avec cuve de graphite, chauffée électriquement, qui communique avec un tube de descente dans la chambre de pression, par l'intermédiaire d'une cavité dont le volume réglable détermine l'importance de la charge à introduire dans la chambre de pression. b) La communication entre la cavité à volume réglable et la cuve de graphite d'une part, et le tube de descente d'autre part, est contrôlée par deux clapets, en matière réfractaire ainsi que leurs sièges, et manoeuvrés de l'extérieur.
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c) Le tube de descente est mobile axialement par rap- port à la chambre de pression.
d) La chambre de pression en matière réfractaire et, s'il y a lieu, réchauffée électriquement, est contenue dans une enceinte étanche avec laquelle elle communique par son orifice de chargement, un vide pouvant être produit dans la dite enceinte. e) La chambre de pression est supportée de façon à poli- voir tourner autour d'un axe théorique confondu avec celui du tube de descente de façon à pouvoir être amenée à volonté en ligne avec l'un des ensembles porte-moules répartis en étoile. f) Le fond ou piston antérieur de la chambre de pression appartient à chacun des ensembles porte-moules et n'est intro- duit dans la dite chambre que lorsque celle-ci doit recevoir une charge de métal fondu.
g) Les pistons qui constituent les fonds mobiles de la chambre de pression, sont pourvus de lumières périphériques et de moyens pour refouler, à travers ces lumières, un lubrifiant réfractaire tel que le graphite en.poudre, en vue d'empêcher les infiltrations de métal et les grippages qui pourraient en résulter.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple seule- ment, une forme d'exécution d'une machine à @mouler faisant ap- plication simultanée de tous les points caractéristiques ci- dessus;
La figure 1 est une vue en élévation d'ensemble du four de fusion et de la chambre de pression.
La figure 2 est une élévation de la partie postérieure de l'un des ensembles porte-moules;
La figure 3 montre en élévation la partie antérieure de l'un des ensembles porte-moules amené près de l'extrémité correspondante de la chambre de pression;
La figure 4 est une coupe axiale d'ensemble du four de fusion:
La figure 5 est une coupe axiale, suivant le plan de
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coupe de la figure 4, de la chambre de pression et de ses annexes.
La figure 6 est une coupe partielle de la chambre de pression et d'unporte-moules dans l'une des phases du moulage.
La figure 7 est une vue similaire à la figure 6 pour une autre phase du moulage.
La figure 8 est une vue en coupe partielle d'un portemoules au moment du démoulage.
La figure 9 est une coupe axiale de la chambre de pression, après une opération de moulage.
Les figures 10 et 11 sont des coupes partielles du four de fusion montrant le dosage d'une charge de métal à introduire dans la chambre de pression.
La figure 12 est une vue en bout, par l'arrière, de la chambre de fusion.
La figure 13 est une coupe axiale de l'un des pistons de la chambre de pression.
La figure 14 est une vue en plan montrant la disposition en étoile des ensembles porte-moules, autour du four de fusion et de la chambre de pression.
Conformément à la caractéristique principale de l'invention, la chambre de pression, à axe horizontal est disposée au-dessous du four de fusion qui l'alimente par un tube de descente. Dans la réalisation spécialement envisagée, la chambre de pression peut tourner autour de l'axe du tube de descente pour se placer en ligne avec l'un des ensembles portemoules répartis en étoile comme montré par la figure 14 .
Le four de fusion (figure 4) comporte une cuve 1, en graphite, chauffée électriquement, et par exemple par induction, au moyen de conducteurs 2 disposés dans une garniture réfractaire à l'intérieur d'une enceinte également réfractaire 3 maintenue entre deux fonds 4 et 5, dans une enveloppe métallique avec garniture calorifuge 6 . Une paroi réfractaire 7 ferme immédiatement ia partie supérieure de la cuve 1, et
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permet d'y introduire le métal à fondre par une goulotte 8 fermée par un bouchon 9, pour éviter toute atmosphère oxydante au-dessus de la masse en fusion;
La cuve 1 présente une cavité 10, ou chambre de dosage, à sa partie inférieure.
La communication entre cette chambre et la masse en fusion a lieu sous le contrôle d'un clapet 11 constitué par une tige en matière réfractaire, manoeuvrée de l'extérieur par tout dispositif approprié 12 et dont l'extrémité inférieure peut appuyer sur un siège réfractaire, à base d'oxyde de bérylium par exemple. A sa partie inférieure, la chambre 10 comporte un siège réfractaire 13 pour un second clapet 14, qui s'ajuste dans un manchon 15 mobile axialement dans un conduit 16 de la cuve 1 au moyen de tout dispositif approprié 17 . Le siège 13 se prolonge par un tube réfractaire 18 coaxial à un tube de descente 19 de plus grand diamètre guidé dans une garniture 20 disposée dans une enveloppe métallique 21 qui forme presse-étoupe autour d'un manchon réfractaire 22 à enveloppe métallique 23 fixée rigidement au fond de l'enceinte qui renferme la cuve 1.
Le manchon se raccorde de façon étanche avec une pièce 24 qui maintient le tube 18 par son embase 18a . Ce montage n'est indiqué qu'à titre d'exemple, on peut lui substituer toute autre disposition propre à assurer l'étanchéité par rapport à l'atmosphère, et à permettre à la partie 21 de tourner en entraînant avec elle le tube de descente 19. Celui-ci comporte une denture rectiligne ou crémaillère 25 engrenée avec un pignon 26, manoeuvré de l'extérieur pour déplacer longitudinalement le tube 19.
L'enveloppe métallique 21 est raccordée en 22a à une enveloppe 27 prévue à la partie supérieure d'un bâti ou socle 28 (figure 5) tourillonné sur un pivot 29 ancré au sol en 30 .
Dans l'enveloppe 27 est disposée, avec son axe horizontal situé dans le plan de l'axe du tube de descente, la chambre de pression 31 constituée par exemple, par un cylindre réfractaire fait de quartz et d'oxyde de bérylium compressés. Ce cylindre est entouré
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de résistances électriques 32 de réchauffage et de parois réfractaires, avec manchons métalliques de renforcement 33 et 34, maintenus entre deux fonds 35 qui sont bloqués par des flasques métalliques extrêmes 36 et 36a goujonnés sur un tambour métallique 37.
Le flasque 36 se centre sur un cylindre d'acier réfractaire 38 dont l'alésage interne prolonge exactement la chambre de pression 31 et qui est soutenu et fixé dans un presse- étoupe 39, de toute disposition appropriée, prévu sur un fond 40 fixé à sa périphérie sur l'enceinte 27 de façon étanche.
Un second fond 40a ferme l'enceinte 27 à son autre extrémité et comporte aussi un presse-étoupe 39a pour une tige 41. Le flasque 36 se centre sur la partie 42 de ce presse-étoupe.
Des ressorts 43 sont prévus pour rappeler constamment l'une contre l'autre les surfaces adjacentes de la chambre 31 et du fond 40 .
L'enceinte 27 parfaitement isolée de l'atmosphère, peut être mise en liaison avec une source de vide. Elle comporte une goulotte inférieure 44, normalement obturée en 45 dans un but qui sera exposé plus loin.
La chambre 31 est perforée latéralement ainsi que toute la garniture qui l'entoure de façon à communiquer avec la cavité interne de l'enceinte 27 . La perforation réalisée permet le passage de l'extrémité inférieure du tube de descente 19 qui peut être abaissé ou remonté au moyen du pignon 26 comme indi- qué.
Le pivot 29 supporte et centre l'ensemble qu'on vient de décrire par une portée supérieure 46 et une bague inférieure 47 . Une vis sans fin 48 est tourillonnée sur la partie 28 et peut, par exemple, être entraînée constamment en rotation par un moteur électrique; elle est en prise avec une roue tangente qui tourne normalement folle sur une portée 49a du pivot 29 mais peut être immobilisée sur ce dernier par un frein à segments 49 à commande électro-magnétique 50;Cette disposition permet :
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- soit de faire tourner librement, à la main, l'ensemble mobile autour du pivot, - soit de le faire tourner automatiquement, à commande démultipliée en faisant intervenir le frein électro-magnétique.
Le graissage des surfaces frottantes de cette disposition pivotante est, de préférence, effectué par une pompe, non représentée, l'excès d'huile étant recueilli en 28a (figure 5).
La tige est reliée à un vérin hydraulique, à pistons télescopiques 51, de toute disposition appropriée, fixé sur un bras 52 qui prolonge le bâti de l'ensemble mobile et dont l'alimentation en eau sous pression a lieu par exemple sous le contrôle d'un jeu de robinets 53, disposés dans le pivot 29 et commandés de préférence électriquement au moyen de manettes ou de volants groupés en 54 (figure 1). Le détail de ces moyens de contrôle n'importe pas par lui-même à l'invention ; il est à la portée immédiate du technicien de les agencer au mieux.
L'extrémité antérieure de la tige 41 porte un piston 55 ,engagé dans l'alésage de la chambre 32 , Ce. piston est montré en coupe à la figure 13 , Il comporte un manchon d'acier 56 pourvu d'une tête creuse 57, entre une embase 58 de laquelle et une bague 59 bloquée par des écrous 60 vissés en 60a, sont maintenus des segments 61 entaillés de façon à ménager des lumières qui débouchent extérieurement et communiquent avec la cavité centrale de la tête 58 , La tige 41 s'engage dans le manchon 56 par rapport auquel elle peut coulisser sans tourner grâce à la clavette 62 ou autre disposition équivalente.
Elle est alésée et taraudée pour recevoir le filetage réversible 63 de la tige 64 d'une vis d'Archimède 65 butée à son extrémité sur un pivot 66 de la tête 58 . La cavité interne de cette dernière étant remplie de graphite, lorsque la tige 41 agit en poussée sur le piston, elle imprime un certain déplacement angulaire à la vis 65 qui agit pour refouler la poudre de graphite à travers les lumières des segments 61.
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Une garniture réfractaire 67 est rapportée à l'extrémité du piston pour la soustraire au contact direct du métal en fusion introduit dans la chambre de pression 31, comme il sera expliqué plus loin.
Comme montré par la figure 14, un certain nombre (huit dans l'exemple représenté) d'ensembles porte-moules 68 sont répartis en étoile autour de la chambre de pression. Celle-ci, par rotation autour de son pivot 29, peut être amenée à volonté, et immobilisée comme expliqué plus haut, devant l'un quelconque de ces ensembles 68, de façon que les axes théoriques de la chambre de pression 31 et l'axe d'une tige 69 (figure 5) soient en coincidence.
Chacun des ensembles 68 comporte un bâti 70 (figure 8 ) monté sur des glissières 71 de façon à pouvoir être déplacé par rapport à la chambre de pression. Ses déplacements sont assurés (figure 2) par une tige 72 mue par un vérin 73 porté par un bâti fixe 74 sur lequel sont prévues les diverses manettes de contrôle telles que 75, ce contrôle ayant lieu par dispositifs électriques ou électro-magnétiques appropriés. Une tête 76 (figure 8) fixée sur le bâti 70 et mobile avec lui, porte une des parties 77 d'un moule, l'autre partie 77a étant fixée sur un support 78 porté par des tiges 79 guidées dans des glissières de la tête 76 et commandées par des vérins 80 du bâti fixe 74 (figure 2).
Les parties de moule 77 et 77a sont perforées centralement pour le passage d'un piston 55a exactement semblable au piston 55 et porté par la tige 69 actionnée par un vérin également disposé sur le bâti 74, la tige 69 traversant axialement la tige 72 .
Le fonctionnement de la machine ainsi décrite dans ses éléments principaux, est le suivant :
Le bâti pivotant 28 est orienté autour de son pivot 29 de façon à être placé sur le même axe que l'un des
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ensembles 74, dont les parties de moule 77 et 77a ont été rapprochées par déplacement des tiges 79 . En agissant sur les commandes appropriées, la tige 72 est déplacée vers l'avant jusqu'à ce que l'extrémité antérieure du cylindre 38 soit appliquée sur la portée correspondante 81 de la partie de moule 77a.
Le contact étanche est assuré par la réaction des ressorts 82 qui sont comprimés par la poussée exercée par la tige 72 Les ressorts 82 interposés entre la partie de presse-étoupe 39 et le flasque 40 sont d'ailleurs assistés par les ressorts 43 , comme montré par la figure 5 :De plus, les ressorts 82 agissent pour éviter le contact permanent entre le cylindre d'acier 38 et la chambre 31 et faciliter le refroidissement du dit cylindre, entre deux opérations de moulage.
Le piston 55 est amené dans la chambre 31 et immobilisé dans la position montrée à la figure 5, en dégageant l'entrée 84 : Le piston 55a est amené dans la position également montrée à la figure 5, la chambre 31 étant ainsi obturée à ses deux extrémités.
On abaisse alors le tube 19 pour en engager l'extrémité dans la chambre. 31 et le clapet 14 (figure 10) étant appliqué sur son siège 13, le clapet 11 est soulevé. La chambre 10 se remplit de métal en fusion, son volume réglé préalablement par la position du manchon 16, correspondant à celui d'une charge à admettre dans la chambre 31.
Le clapet Il est fermé et le clapet 14 ouvert (figure 4). Le métal s'écoule dans la chambre 31 sans contact avec l'atmosphère externe oxydante, et sans pertes de calories appréciables; Il est d'ailleurs maintenu à la température optimum dans la chambre 31 chauffée, et où il se dégaze par action du vide dans l'enceinte 27, comme déjà expliqué.
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La charge de métal 85 ne remplit pas toute la capa.cité de la chambre 31, comme montré figure 6 . Les deux pistons¯ 55 et 55a sont alors déplacés à la même vitesse, après relevage du tube de descente 19, et effectuent le transport de la charge 85 dans le cylindre d'acier 38 (figure 6). Le piston 55a est stoppé dans la position de la figure 7 et le piston 55 est poussé pour refouler le métal dans les cavités du moule, la fin de l'opération de moulage étant montrée à la figure 7 .
Le piston 55 est alors ramené à fond de course arrière.
Au cours de son passage dans la chambre 31, l'excès de graphite laissé pendant la course précédente sur les parois de cette chambre est raclé et tombe dans l'ouverture prévue en 86 pour s'amasser dans la goulotte 44 d'où il peut être périodiquement extrait.
Le bâti 70 est alors ramené à sa position initiale.
Pendant la prise du métal qui vient d'être injecté dans le moule, le bâti 28 est orienté pour se déplacer en ligne avec l'ensemble 68 suivant, et les opérations qu'on vient de décrire sont répétées dans le même ordre.
Pour le démoulage, les tiges 79 sont déplacées vers l'avant et le piston 55a est utilisé comme éjecteur pour dégager la pièce moulée 87 (figure 8).
On peut, par les moyens décrits, obtenir une cadence de moulage sensiblement accélérée par rapport aux machines connues.
Pour des productions réduites, on peut ne prévoir qu'un seul ensemble porte-moules, et supprimer le montage pivotant de la chambre de pression.
La machine qu'on vient de décrire au point de vue organique et fonctionnel, peut être complétée par le dispositif de sécurité ci-après.
Si, pour une cause quelconque, les clapets 11 et 14 (figure 14) ne peuvent pas être appliqués sur leurs sièges,
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la cuve 1 se vide de son contenu dans la chambre 31. Celle-ci se remplit et le métal fondu s'élève dans l'espace compris entre la paroi de l'ouverture 84 et la buse réfractaire 19a du tube de descente 19 .Dès que le métal a touché les conducteurs 88, un circuit est fermé qui a pour effet d'exciter un servo-moteur d'admission de la pression au vérin pour rappeler le piston 55 en arrière; La chambre 31 se vide par l'espace 86 et le métal parvient à l'extrémité de la goulotte 49 dont il fond l'obturateur 45 . Le métal s'écoule alors à l'extérieur.
On évite ainsi que la partie de la machine montrée par la figure 5, ne soit mise hors d'usager
L'exemple de réalisation qu'on vient de décrire donne une idée exacte de l'invention et de sa portée, Mais les dispositifs décrits peuvent être modifiés sans sortir du cadre de l'invention définie, par ses caractéristiques de principe, dans l'introduction à la présente description.
REVENDICATIONS
1 - Machine pour le moulage sous pression des métaux à point de fusion élevé, et en particulier des métaux ferreux, ca- ractérisée en ce que la chambre de. pression est constituée par un cylindre à àxe disposé horizontalement et placé à demeure audessous d'un four ou chambre de fusion dont elle peut être très rapprochée, la dite chambre comportant deux fonds constitués par des pistons dont les déplacements : - d'abord synchronisés; assurent le transport d'une charge de métal fondu jusqu'au moule amené par un,ensemble mobile, - puis différentiels, assurent le refoulement de la charge dans le moule.