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PROCEDE DE MOULAGE - MATRICAGE DE METAUX.
Dans la fabrication d'articles métalliques, il arrive fréquemment que ni les procédés habituels de moulage ni ceux de matriçage ne donnent entiè- rement satisfaction. On peut par exemple vouloir fabriquer un article ayant une forme géométrique se prêtant mieux au moulage qu'au matriçage avec un mé- tal se prêtant mieux au matriçage qu'au moulage.
De nombreux métaux moulables sont complètement non forgeables et de nombreuses matières forgeables sont complètement inaptes au moulage. De nom- breux cas se présentent où il serait désirable de fabriquer des pièces métal- liques moulées à partir de matières aussi résistantes que possibles en utili- sant un procédé normal de moulage, ou d'affiner la structure d'articles moulés en un métal ou un alliage ne se prêtant pas à un traitement mécanique suivi d'un affinage de structure.
Il est par conséquent grandement désirable deposséder une métho- de capable, ainsi qu'on l'a dit,de combiner le moulage et le matriçage de mé- taux et d'alliages, et des essais variés ont été faits dans le passé pour met- tre au point une méthode dite de moulage-matriçage dans laquelle le métal est coulé ou moulé entre des matrices disposées pour exercer simultanément une pression matriçant le métal en cours de solidification.
Cependant,autant que- l'on puisse en connaître actuellement,aucune des méthodes proposéesjusqu'à présent ne s'est révélée pleinement satisfaisante ou même applicable commercia- lamento
L'objet de la présente invention concerne un procédé perfectionné de moulage-matriçage permettant de fabriquer des articles de qualité élevée et régulière à l'échelle commerciale et à un prix permettant d'affronter la concurrence.
L'invention se fonde sur certaines constatations concernant la manière de conduire le resserrement des matrices dans le procédé de moulage- matriçage pour obtenir régulièrement de bons résultats. On a trouvé que si les
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matrices sont reserrées entre elles trop lentement ou avec un retard excessif, afin d'attendre un état de semi solidification par exemple, la surface libre du métal a tendance à s'oxyder, et en outre, il est pratiquement impossible de régler l'opération dans le temps avec une précision suffisante pour que le métal à matricer soit dans l'état le plus favorable pour cette opération.
D' autre part, si l'on resserre trop rapidement lep matrices entre elles, de telle sorte que le métal soit engagé brusquement entre les matrices, le métal aura tendance à se déplacer violemment ou même rejaillir, de qui entraîne des solidifications prématurées partielles ainsi qu'un manque d'homogénéité d' ensemble, et en outre, le métal peut être soumis pratiquement au maximum de pression exergable entre les matrices avant qu'une solidification substantiel- le de la masse de matière se soit produite, ce -qui affaiblit l'effet du ma- trigage.
Pour surmonter ces difficultés, suivant une caractéristique de l' invention, un procédé de moulage-matriçage est caractérisé par une fermeture des matrices à la presse,sur du métal fondu,avec une vitesse suffisamment ré- duite pendant la période finale de répartition du métal dans la totalité de l'espace entre matrices, pour que simultanément--le métal soit capable de légers déplacements et/ou que sa solidification progresse substantiellement.
Selon une autre caractéristique de l'invention, dans un procédé tel que ci-dessus, le mouvement de fermeture comprend une première phase exé- cutée à une vitesse relativement élevée pour capter le métal fondu entre les matrices, et une seconde phase exécutée à une vitesse sensiblement réduite pour conformer et comprimer le métal entre les matrices.
Ainsi qu'on le comprendra aisément, le procédé selon l'invention, tel qu'exposé ci-dessus, est conduit de manière à permettre un léger déplace- ment du métal et l'obtention d'une structure réelle de forgeage dans la phase finale du resserrement des matrices, sans nécessiter une trop grande précision dans le temps ou un retard dans le début du resserrement susceptible d'exposer indûment le métal fondu aux influences atmosphériques pendant une durée trop prolongée.
De préférence, selon l'invention, le passage de la première à se- conde phase du resserrement des matrices, est obtenu par des moyens extérieurs en un point de la course de resserrement tel qu'aucune pression intérieure no- table n'ait encore été développée dans le métal, moyennant quoi, une sécurité totale est acquise contre un resserrement complet trop rapide ou prématuré du moule.
On a trouvé que le resserrement des matrices pouvait être avanta- geusement réalisé au moyen d'une presse hydraulique capable de travailler soit à basse pression avec une vitesse relativement élevée, soit à haute pression avec une vitesse relativement réduite. Dans ce genre de presse hydraulique, le changement de régime vitesse-pression est souvent réalisé automatiquement en fonction de la résistance rencontrée, et si l'on voit en conséquence, que dans une opération de moulage-matriçage où on laisserait le changement se pro- duire du fait de la résistance, le changement de régime se produirait trop tard pour assurer la marche lente requise pour capter le métal dans les matri- ces, mais avant qu'une pression intérieure notable ait été développée dans le métal, il est proposé, selon l'invention,
de provoquer-le changement de régi- me par des moyens propres à créer une résistance artificielle en un point vou- lu de la course opératoire de la presse.
De tels moyens peuvent être réalisés sous forme d'un organe élas- tique développant une résistance suffisamment élevée pour déclencher le passa- ge de la marche rapide à la marche lente, sans dépasser une valeur qui rédui- rait indûment la pression finale de la presse.
Une autre solution consiste dans l'emploi d'un amortisseur hy- draulique dont la résistance est fonction de la vitesse, permettant de ne rien perdre de la pression finale de la presse, et en outre, de contrôler à volonté la résistance qu'il offre pendant la course, par exemple, pour la ré-
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duire progressivement pendant la phase donnant la structure de forgeage.
Si la presse hydraulique utilisée est alimentée simultanément par une pompe à haute pression et une pompe à'basse pression, le changement de ré- gime peut être obtenu également en mettant la pompe à basse pression hors cir- cuit en fonction du mouvement de la presse en un point convenable de sa cour- se.
Au cours d'essais exécutés à l'occasion de la présente invention, on a trouvé également qu'une difficulté importante dans la réalisation du mou- lage-matrigage résidait dans le fait que le métal fondu, sous pression, avait tendance à adhérer aux matrices lorsque celles-ci ainsi que le métal sont à la température exigée par le procédéo
Afin de remédier à cet inconvénient, il est proposée selon l'inven- tion, d'utiliser des matrices dont les surfaces actives sont revenues au bleu dans un bain d'huileo
Une autre difficulté surgit du fait que les matrices, et particu- lièrement la matrice inférieure, dans laquelle le métal est déversé ou intro- duit d'une autre manière appropriée refroidissent énergiquement le métal fon- du,
en sorte que ce dernier peut se solidifier prématurément dans les parties au contact des matrices, et en particulier de la matrice inférieure, en sorte qu'en ces emplacements il ne peut plus se produire de mouvement ni de traite- ment du métal.
En vue de surmonter cette difficulté, il est proposé, selon l' invention, d'appliquer sur les surfaces actives d'une des matrices au moins, la matrice inférieure de préférence, une poudre fine à haut pouvoir calorifu- ge et lubrifiant, telle que certaines argiles en combinaison avec des oxydes métalliques par exemple :terre de pipe, feldspath, et graphite.
Un mode avantageux de réalisation de ce poudrage caractéristique consiste à l'appliquer à l'état de suspension dans un liquide appropriée
Mais pour que l'invention puisse être mieux comprise, on va main- tenant se reporter aux dessins joints dans lesquels :
Les figures 1 et 2 représentent deux exemples différents de mou- les pouvant être utilisés pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, et les figures 3 à 6, des exemples variés de moyens commandant le changement du régime de marche d'une presse utilisée pour Inapplication du nouveau procédé.
Dans la figure 1,1 représente une matrice inférieure et 2 une matrice supérieure se combinant pour former un moule dans lequel s'effectue le moulage-matriçage. Les matrices 1 et 2 sont fixées aux plateaux supérieur et inférieur ou pistons 3 et 4 d'une presse, respectivement, déplaçables l'un par rapport à l'autre par un moyen non représenté. Pour réaliser le moulage- matriçage, la matrice supérieure 2 est remontée, après quoi le métal fondu est coulé dans la matrice inférieure 1.
La matrice supérieure 2 est alors abaissée dans la position indiquée par la figure 1, et pendant ce mouvement, ainsi que on le décrira plus loin d'une manière plus détaillée, est déplacée d'abord avec une vitesse relativement élevée puis soudainement amenée au régime de marche lente avant qu'une pression intérieure substantiellement ait été déjà développée dans le métal capté entre les matrices 1 et 2.
Dans la figure 1, les matrices 1 et 2 sont en contact hermétique parfait ou presque parfait dans la zone 5 tandis que le dispositif représen- té dans la figure 2 comporte un jour étroit dans la même zone, donnant nais- sance à une bavure de moulage. Le métal pouvant ainsi s'échapper dans une cer- taine mesure par le bord du moule représenté dans la figure 2, il est possible dans ce cas d'obtenir un traitement mécanique de haute intensité pour le pro- duit fini,brisant avantageusement et favorablement la structure cristalline.
On a observé cependant, qu'un traitement mécanique satisfaisant peut fréquem-
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ment être obtenu aussi avec le dispositif de la figure 1, en particulier lors- que le métal est susceptible d'un retrait considérable pendant la solidifica- tion, ce qui est le cas de l'aluminium par exemple.
Les figures 3 à 6 représentent des moyens différents d'obtenir le changement de régime avec une presse hydraulique. Dans ces figures, pure- ment schématiques, les matrices ne sont pas représentées, et l'on ne voit que les plateaux ou pistons 3, 4 de la presse ainsi que le dispositif commandant le changement de régime. '
Dans la figure 3, une tige filetée 6 est fixée sur le piston su- périeur 4 et porte une chape borgne filetée 7 servant de butée. Le piston in- férieur 3 porte un faisceau de ressorts 8 disposé en regard de la chape borgne 7 afin d'être heurté par cette dernière lorsque les pistons 3 et 4 se déplace- ront l'un vers l'autre.
La chape 7 est réglée de telle sorte qu'elle heurte le faisceau de ressorts 8 lorsque les matrices, fixées sur les pistons ont été rapprochées l'une de l'autre à un degré tel que le métal soit capté entre les matrices mais sans avoir encore été soumis à une pression notable, ou réparti dans la totalité du volume entre les matrices. Lorsque la chape 7 heurte les ressorts 8, le changement de vitesse du piston s'effectue d'une manière connue comme conséquence de la résistance opposée au mouvement du piston ainsi créée.
La contre pression ou résistance due aux ressorts 8 ne diminue pas et même s' accroît pendant toute la phase finale de l'opération, et, venant en conséquen- ce en déduction de la pression finale de la presse, doit pour cette raison ne pas être fixée plus haut qu'il n'est strictement nécessaire pour obtenir le changement de régime.
Dans le dispositif de. la figure 4, le piston inférieur 3 porte une tige filetée 9 sur laquelle se visse une chape borgne 10 supportant un empila- ge de disques en caoutchouc 11 de telle sorté que, au cours du mouvement de rapprochement des pistons, l'empilage viendra heurter le piston supérieur 4 et créera ainsi une contre-pression. Le mode d'action: est exactement le même que celui du dispositif de la figure 3.
Dans la figure 5, le piston inférieur supporte un pot de presse hydraulique 12 avec un piston plongeur 13 surmonté par une chape borgne file- tée réglable 14, constituant une butée heurtant le piston supérieur 4 en un point voulu de la course du piston. Un conduit 15 pourvu d'une valve de contrô- le réglable 16 est branché sur le pot de presse rempli d'huile. Lorsque le pis- ton supérieur 4 et la butée 14 viennent en contact, l'oleo-frein ou l'amortis- seur hydraulique constitué par le pot de presse 12 et le plongeur 13 développe une contre-pression contrôlable au moyen de la valve 16. A l'encontre du dis- positif des figures 3 et 4, la contre-pression développée par l'amortisseur hydraulique de la figure 5 ne subsiste que si les pistons sont en mouvement, en sorte qu'ainsi, la pression finale de la presse ne subira aucune réduction.
Lorsque, après achèvement de l'opération, les pistons sont de nouveau écartés, le plongeur 13 commandant le freinage est remis dans la position indiquée dans le dessin, par un moyen non représenté, par exemple, hydrauliquement ou mécaniquement.
Dans le dispositif représenté sur la figure 6, le piston inférieur 3 est monté sur le piston d'un autre pot de presse 17 alimenté en fluide hy- draulique à partir d'un réservoir 18 au moyen d'une part, d'une pompe à haute pression 19 et d'autre part, d'une pompe à basse pression 20, l'alimentation par cette'dernière pompe traversant un clapet de retenue 21, 22 représente une valve de contrôle qui, ouverte, court-circuite les deux pompes, et fermée, permet à celles-ci d'agir et de soulever le piston 3. Dans ce dispositif, la pompe à basse pression est mise hors circuit en corrélation avec le mouvement du piston 3 lorsque celui-ci a atteint le niveau fixé pour que le changement de vitesse du piston se produise.
A cet effet le piston inférieur 3 peut, par exemple, comporter un bossage 23 coopérant avec un levier à deux bras 24, 25 au moyen duquel la pompe 20 peut être mise hors circuit, par exemple,par l'in- termédiaire d'un levier 26 commandant une valve 27 interposée sur le conduit de refoulement de la pompe 20, ou bien électriquement, en arrêtant le moteur de la pompe par exemple, ou bien hydrauliquement.
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On comprendra aisément que bien d'autresdispositifs peuvent être utilisés pour réaliser le procédé selon l'invention. C'est ainsi que la presse hydraulique peut être remplacée par une presse mécanique pourvue de moyens de commande tels qu'une came de profil approprié pour assurer une réduction sou- daine de la vitesse du piston en un point convenable de sa course.
Le nouveau procédé est particulièrement applicable aux métaux non ferreux tels que l'aluminium et les alliages d'aluminium et ouvre la possibi- lité de fabriquer, par exempledes pistons pour moteurs d'automobiles ou d' avions qui jusqu'à présent ne pouvaient pas être obtenus par moulageo
De plus, il a été trouvé que le procédé décrit convient particu- lièrement pour la fabrication d'articles métalliques recouverts d'un autre mé- tal possédant en surface des propriétés mieux appropriées, mais ou bien trop onéreux, ou bien se convenant pas pour constituer le corps de l'article en question. Il suffit seulement pour produire de tels articles au moyen du pro- cédé selon l'invention,
d'introduire une feuille ou une tôle mince de matériau de revêtement entre le métal fondu et au moins l'une des matrices que l'on res- serre sur le métal dans la fabrication par le procédé de moulage-matrigage de l'article en question.