<Desc/Clms Page number 1>
PANGBORN CORPORATION, résidant à HAGERSTOWN, Maryland (E.U.A.) .
PROCEDE DE FABRICATION D'UN METAL RESISTANT A L'ABRASION.
La présente invention est relative à des produits et pièces métal- liques résistant à l'abrasion et à leurs procédés de fabrication.
On a déjà proposé des machines décapeuses (ou de sablage) centri- fuges, dans lesquelles des particules abrasives de métal, de sable ou autre, sont projetées sous l'effet de la force centrifuge à de très grandes vites- ses sur les surfaces des objets à nettoyer. Leur action est très vigoureuse et permet d'enlever rapidement des surfaces à décaper les corps étrangers, les oxydes, les scories provenant d'un traitement thermique, le sable prove- nant des moules de fusion ou autre. Cependant, le décapage s'accompagne de l'usure de l'appareil centrifuge lui-même du fait de l'abrasion due aux particules abrasives.
Un tube d'appareil centrifuge destiné à cet usage est décrit dans le brevet U.S.A.no 2.590.576. Un appareil de ce type comporte un jeu de palettes de projection disposées radialement, et un dispositif central d'a- limentation destiné à diriger les particules abrasives ; ce dispositif com- porte une cage pourvue d'une rainure ou fenêtre périphérique de sortie à travers laquelle les particules abrasives sortent d'une manière localisée de telle sorte que les palettes projettent à leur tour ces particules en un jet relativement concentré dans une direction prédéterminée.
En d'autres termes, au lieu de projeter les particules abrasives dans toutes les direc- tions, la cage limite de façon précise la sortie des particules de manière que celles-ci'soient projetées suivant une seule direction contre l'ouvrage qui avec un tel agencement peut être ainsi décapé de façon plus avantageuse.
Cependant, les particules abrasives dans leur déplacement à travers la cage et tout le long des palettes, soumettent à une .érosion ra- pide les métaux qui constituent ces pièces. Des efforts ont déjà été faits par conséquent, pour améliorer la résistance de ces organes contre l'abrasion en réalisant ces organes en des alliages très durs mais aussi très coûteux
<Desc/Clms Page number 2>
On a également déjà suggéré., de prévoir les organes soumis à l' abrasion, d'une construction plus robuste, de manière à obtenir une durée de service aussi longue que possible. Malheureusement, cette dernière so- lution augmente aussi le prix de ces organes et nécessite l'emploi de sup- ports d'organes de liaisons, de paliers, etc... plus robustes.
L'invention se propose entre autre de réduire les inconvénients mentionnés ci-dessus. .
Elle vise notamment des pièces à. surfaces très dures qui ne né- cessitent pas l'emploi d'alliages coûteux et les machines, notamment à déca- per , munies de telles pièces
Elle a également pour objet un procédé nouveau de moulage, pour la fabrication de ces pièces à surfaces très dures et en particulier pour le cas où ces surfaces se trouvent à l'intérieur d'une pièce creuse.
Les caractéristiques de l'invention résulteront de la description qui va suivre
Au dessin annexé donné uniquement à titre d'exemple
Fig. 1 est une vue de coté, partiellement en coupe, d'un appa- reil centrifuge à décaper suivant l'invention, Fige. 2 et 3 sont respectivement une vue en perspective et de face de la cage,servant à diriger les particules dans le dit appareil;
Fig.4 est une coupe verticale d'un moule servant à couler la cage représentée aux figs.2 et 3.
Fig. 5 est une vue en plan, en position renversée, d'une partie du moule de la fig.4;
Fig. 6 est une vue en bout de la roue à palettes de l'appareil de la fig.1;
Figo 7 est une coupe de cette roue suivant la ligne 7-7 de la fig. 6; et,
Fig. 8 est une vue analogue à celle de la fig. 4 d'un moule, servant à couler la roue à aubes des Figs 6 et 7.
Suivant l'invention, il est possible de fabriquer des pièces ou objets creux ayant une surface interne très dure, à un prix tout à fait normal, en coulant en coquille un métal, susceptible de tremper en coquil- le, et en donnant aux dites pièces ou objets des parois relativement minces de manière que l'effet de trempe dû à la coquille traverse complètement les dites parois de leur face externe à leur face interne De cette façon, il est non seulement possible de réduire la quantité totale de métal employée pour un objet donné, mais également de réduire de façon appréciable les quantités de substances coûteuses assurant la trempe du métal telles que le chrome ou le nickel,
dans la mesure où on a besoin d'une quantité moin- dre de ces substances d'alliage pour fabriquer des surfaces métalliques trempées en coquilles aussi dures que des surfaces métalliques n'ayant pas subi un tel traitement. De plus, l'utilisation d'une coquille permet d'ob- tenir une pièce coulée de dimensions très précises, de telle sorte qu'on peut employer cette pièce, telle qu'elle a été coulée, sans aucun usinage ulté- rieur.
La pièce en forme de cage d'un appareil décapant centrifuge, souffre en général le plus de l'abrasion sur sa surface interne; il n'est cependant pas possible, suivant la technique actuelle, de couler cette cage autour d'une coquille interneo La contraction du métal coulé sur la coquil- le interne provoquerait une adhérence si forte de la pièce coulée à la co- quille , que leur séparation serait impossible sans briser ladite pièce
Si on se réfère, maintenant au dessin, l'appareil centrifuge représenté sur la fig. 1 comporte une roue de projection pourvue d'un arbre 10 qui est monté rotatif dans des paliers, et sur lequel est fixée une cou- ronne 12. Sur cette couronne sont montées des palettes 14 de projection.
<Desc/Clms Page number 3>
L'arbre 10 est muni à l'une de ses extrémités d'une collerette 16 à laquel- le peut être fixé rigidement la couronne 12 au moyen par exemple de vis qui pénètrent à travers la collerette par la face tournée vers la partie couran- te de l'arbre et qui sont vissées dans des trous taraudés ménagés dans la face de la couronne adjacente à l'arbre. Cette couronne est de préférence de construction robuste, de manière que l'érosion non symétrique des palet- tes n'entraîne pas un déséquilibre dynamique sensible de la machine
Les palettes 14 sont angulairement équidistantes sur la couron- ne mobile, et chacune d'elles peut y être fixée par exemple par l'un de ses bords en queue d'aronde et engagée à frottement doux dans une rainure en queue d'aronde correspondante, ménagée dans la face de la couronne.
Les palettes sont écartées les unes des autres à leurs extrémités centrales pour permettre le montage d'un dispositif d'alimentation. Les palettes sont ren- forcées à leurs autres extrémités, en particulier dans le cas où elles sont de largeur appréciable, par des nervures 15 dont certaines peuvent être pro- longées et en contact avec la base de la couronne de manière à constituer un meilleur appui pour les palettes. Chacune des palettes est maintenue en place au moyen d'une clavette 18 par exemple introduite dans des encoches en regard prévues respectivement sur le bord élargi en queue d'aronde de la palette et dans la face de la couronne mobile.
La forme des palettes, ainsi que les éléments servant à leur mon- tage ne font pas partie de l'invention et ne sont par conséquent décrite que de façon sommaire. Pour plus d'amples détails on pourra se reporter à l'état antérieur de la technique et notamment aux brevets U.S.A. n
EMI3.1
2.352.533 et 2032003640
Une cage d'alimentation 20 est disposée dans les ouvertures mé- nagées au centre de la couronne mobile par les extrémités correspondantes des palettes, cette cage a une forme générale cylindrique ou en forme de cu- vette et est munie d'une collerette externe 22 fixée par exemple au moyen de serre-joints à un carter extérieur 24.
Ce carter est à son tour fixé à un châssis ou socle 26 faisant partie du support des paliers de l'arbre 10, et servant à réunir solidement les différentes pièces assemblées.
Le fond 28 de la cage comporte une ouverture centrale 30, et sa paroi latérale une fenêtre d'alimentation 32.
Une roue à aubes 34, comportant un certain nombre d'aubes 36 est montée à l'intérieur de la cage et comporte à l'une de ses extrémités un bossage cylindrique 38 qui est ajusté dans l'ouverture de la cage 30, et au moyen duquel la roue à aubes est fixée à la couronne mobile; une vis cen- trale 40 représentée sur la fig. 1 assure la fixation. La roue à aubes 34 est creuse et reçoit les particules abrasives provenant par exemple d'une goulotte 42 qui peut être fixée au carter 24 et qui se prolonge à l'intérieur de la cage jusqu'au voisinage de l'ouverture frontale de la roue à aubes.
Cette roue à aubes 34 fixée comme décrit ci-dessus tourne en même temps que la couronne mobile. En vue de faciliter l'entraînement de la roue à aubes son bossage cylindrique 30 comporte des échancrures 44 dans l'une desquelles pénètre une saillie telle que la tête d'une vis 46 vissée dans la face de la couronne mobile
Si on le désire, une ou plusieurs entretoises peuvent être dis- posées entre le bossage 38 et la partie centrale de la couronne mobile, ou entre le bossage 38 et la face de la collerette 16, si la partie centrale de la couronne mobile est complètement évidée.
Le fonctionnement de l'appareil ci-dessus est décrit en détail dans les brevets précités. Afin de réduire l'érosion des organes de l'ap- pareil,des plaques d'usure ou de protection 48 peuvent être montées aux endroits exposés au jet des particules pour protéger les parois du carter, les paliers, etc.... Cependant, les parois latérales de la cage 20, ont une épaisseur qui ne dépasse pas 8 m/m environ et qui est de préférence de 6 m/m seulement, mais ses surfaces interne et externe sont suffisamment dures pour supporter l'abrasion et assurer à la cage une durée de vie utile
<Desc/Clms Page number 4>
de 200 heures .
De plus la faible épaisseur des parois fait que les ex- trémités internes des palettes sont plus rapprochées de la roue à aubes, ce qui réduit la différence entre les vitesses linéaires, d'une part, des particules abrasives provenant de la roue à aubes et, d'autre part,de la partie des palettes par laquelle elles sont rencontrées en premier.
Cette faible différence entre ces vitesses réduit la force avec laquelle les particules sont abordées par les palettes et par conséquent,l'usure de ces dernières
Lors du fonctionnement d'un appareil centrifuge décapant tel que celui décrit ci-dessus,les particules abrasives introduites dans la roue à aubes 3 sont entraînées en rotation et sont chassées à travers la fenêtre 32 de la cage 20. La surface interne de la cage est soumise à une abrasion considérable du fait de ce mode d'alise ntation.
Cette surface de- vrait être aussi résistante à l'abrasion que possible, afin de réduire au minimum le nombre et les types de pièces de rechange qu'on doit avoir à sa disposition, ainsi que le nombre d'opérations d'entretien nécessaires pour maintenir l'appareil en bon état de fonctionnement
Suivant l'invention, la cage peut être fabriquée avec une surface interne très dure, de la manière représentée à la fig. 4.
Un moule ou co- quille 50,à parois métalliques épaisses,comporte une surface interne 52 de forme correspondant à la surface externe de la cage 20 Une coquille en fonte à parois très épaisses convient à cet usage, bien que d 9 autres mé- taux puissent être employés et usinés aux dimensions requises au lieu d' être coulés La surface interne du fond du moule comporte un évidement éta- gé comme représenté en 54 et 56.
{)Il dispose à l'intérieur de la coquille 50, un noyau 58 consti- tué par du sable sec ou autre produit de manière à laisser un espace libre 62 entre la coquille et le noyau. C'est- dans cet espace qu'est coulé la paroi de la cage et son épaisseur ne dépasse pas 3 m/m environ et, est de préférence de 6 m/m environa Pour positionner correctement le noyau par rapport à la coquille.,
ce dernier est pourvu d'un bossage 62a en saillie vers le bas et de forme telle qu'il peut entrer à frottement doux dans l'é- videment 54. Ce noyau comporte à la périphérie une nervure longitudinale 60 qui a une saillie suffisante pour atteindre la surface interne 52 de la coquille et qui remplit l'espace libre 62. Le noyau peut être consti- tué par moulage en utilisant un modèle dans lequel du sable out out autre matériau servant à la confection de noyaux est mis à la forme voulue.
Il est à noter que le noyau 58 s'arrête vers le haut au niveau 66 où doit se trouver la surface inférieure de la saillie interne de la col- lerette 22. Au-dessus du noyau 58, se trouve un second noyau 68, dont la surface périphérique est emboîtée dans la surface interne de la coquille 50. La surface inférieure du noyau 68 est creusée de manière à former une cavité annulaire 70 dans laquelle sera coulée la collerette de la cage.
Le noyau 68 comporte en outre des rainures ou amorces de coulée 72 (fig.
5) qui relient la cavité annulaire 70 à une rainure circulaire centrale d' évent 74. Un certain nombre de trous de coulée 76, dont deux seulement sont représentés sur la fig.5,mettent en communication la rainure 74 avec la face supérieure du noyau 68. Le dessin représente huit trous de coulée, mais on peut en employer un nombre plus grand ou plus petit, si on le dé- sire
La cage est formée en coulant du métal fondu dans l'un ou plu- sieurs des trous de coulée 76, afin de remplir complètement toutes les cavités du moule. Pour faciliter la coulée du métal on prévoit au-dessus du noyau 68 un bassin de coulée 78 constitué comme les noyaux en sable ou autre,, et comprenant des évents 80 au droit des trous de coulée 76, du noyau 68.
Le métal fondu peut alors être coulé directement dans le bassin qui fait fonction d'entonnoir
Pour obtenir de bons résultats la paroi de la coquille 50 doit être au moins quatre à cinq fois plus épaisse que la paroi métallique qui doit être coulée contre elle; elle doit, en outre, avoir autant que posai-
<Desc/Clms Page number 5>
ble une épaisseur uniforme. Cet agencement permet d'obtenir un refroidis- sement rapide du métal fondu lorsqu'il entre en contact avec la coquille froide 50; le trempé est quand même uniforme sur toute la surface de la pièce coulée, de telle sorte qu'il n'y prend naissance que de faibles ten- sions superficielles En se solidifiant la pièce coulée se contracte et s'écarte de la paroi de la coquille, de telle sorte que cette pièce peut être démoulée dès que le métal s'est refroidi aux environs de 370 C.
Le dé- moulage s'effectue aisément en retirant le noyau supérieur 68, qui peut être brisé éventuellement, et en secouant hors du moule le reste du con- tenu Le noyau 58 pourrait également être brisé ou fragmenté pour facili- ter le démoulage Lorsque la cage a été retirée, elle est décapée et dé- barrassée de tout matériau étranger, tel que du sable par exemple ; plus les portions de métal qui ont été coulées dans les trous de coulée et les évents et qui font corps avec la collerette de la cage sont cassées. Le nettoyage s'effectue de façon très efficace par un décapage ou sablage centrifuge .
Afin de faciliter la suppression des portions de métal corres- pondant aux évents, aux trous et rainures de coulée, ces évents, trous et rainures peuvent être de section transversale telle que l'une au moins de leurs deux dimensions (hauteur et/ou largeur) soit relativement faible afin que la résistance du métal qui y est coulé soit elle-même faible.
Comme il est bien connu, les trous ou canaux de coulée doivent s'élever au moins à lahauteur de la partie la plus élevée de la pièce à cou- ler de manière à éviter les soufflures ou poches d'air dans les parties de la cavité situées au-dessus du niveau où les dits trous débouchent dans cette cavité.
Ainsi, si les rainures 72 ont une hauteur inférieure à celle de la cavité 70 le dénivellement est mieux rattrapé en relevant le sommet du noyau 58 qu'en diminuant la profondeur des dites rainures dans le noyau 68
Les trous et rainures de coulée ne doivent pas nécessairement être disposés comme représenté sur les figs. 4 et 5,mais peuvent avoir toute autre forme, si désiré Ainsi les rainures ou amorces de coulée 72 peuvent être disposées à la périphérie de la cavité 70, plutôt qu'à son intérieur Si on le désire, on peut supprimer complètement toute amorce de coulée, et faire communiquer directement les troua de coulée 76, avec la cavité 70.
De toute façon, la cage peut être coulée directement sous sa forme voulue, ce qui évite tout usinage ultérieur. Ceci simplifie considé- rablement la fabrication de la pièce d'autant plus que le métal coulé est extrêmement dur et que l'usinage en serait très difficile. Afin d'être certain que tout usinage ultérieur sera évité, on munit de préférence la cage sur la périphérie de la collerette 22, de trois saillies 23 au moins, ces saillies 23 sont dimensionnées avec précision de manière à permettre un ajustage précis de la cage dans l'ouverture de la paroi du carter 24 qui doit la porter.
Le noyau 68 du moule est muni d'échancrures correspondantes dont les positions sont déterminées avec précision. Le reste de la paroi exter- ne de la cavité 70 où doit être coulée la collerette peut être alors d'un diamètre légèrement plus petit; car il est plus simple de positionner avec précision quelques parties bien déterminées de la périphérie plutôt que de couler avec précision toute la périphérie.
La cage représentée sur le dessin (figo 1) comporte une rainure interne circulaire 27 dans laquelle les organes de fixation de la goulotte peuvent eux-mêmes être fixés et une surface de joint 29 contre laquelle l'ouverture de la goulotte peut être appliquée d'une manière étanche grâce à l'interposition d'une garniture d'étanchéité 31. Cependant, l'un ou l'autre de ces détails de construction ou les deux peuvent être omis.
Lors de la mise en forme de la surface interne du moule 50 aus- si bien que des noyaux 58 et 68, on doit prévoir une tolérance du fait du changement de dimensions que subit le métal fondu lorsqu'il se contracte en
<Desc/Clms Page number 6>
se refroidissant. En général, l'épaisseur de la cavité 62 aussi bien que toutes les autres dimensions doivent être supérieures de 10% environ aux dimensions finales désirées pour la pièce à fabriquer,
Pour la mise en oeuvre de l'invention on peut employer n'impor- te quel métal qui trempe' en coquille . Des exemples de tels métaux sont décrits dans le brevet U.S.A.n 2 0355 .726.
Ses alliages pourraient cepen- dant ne pas contenir du molybdène et la proportion de chrome pourrait être inférieure à 15%. De la fonte à haute teneur en carbone contenant 1% ou plus de silicium, moins de 10% de chrome et 5 % de nickel conviennent éga- lement très bien. En pratique, une proportion d'environ 2 % de chrome est suffisante avec une proportion légèrement supérieure de nickel Les allia- ges peuvent contenir avantageusement de petites quantités d'autres métaux ou substances contribuant à augmenter la dureté du métal tel que le tung- stène, le tellure le manganèse, le titane, le vanadium ou autres.
En géné- ral, une cage dont la surface interne a une dureté Rockwell au moins égale à C-62 peut être obtenue avec l'un quelconque des alliages ci-dessus, à la condition que l'épaisseur de sa paroi soit inférieure à 8 m/m environ et bien que la dureté Rockwell de l'alliage coulé et non trempé en coquille ne dépasse pas C-46. L'excellente trempe en coquille suivant l'invention est obtenue que la coquille soit à la température ambiante de la fonderie ou qu'elle soit en partie ou en totalité à une température pouvant atteindre 150 à 200 C, de telle sorte que les conditions de température qui existent généralement dans les fonderies sont acceptables.
Bien que la fenêtre d'alimentation 32 prévue dans la cage soit disposée sur le dessin, longitudinalement le long de la paroi du cylindre, cette fenêtre peut cependant être disposée obliquement, si on le désire.
En inclinant ainsi la fenêtre on étend davantage la surface sur laquelle le jet de particules abrasives est dirigé, par les palettes de projection un tel agencement est avantageux lorsqu'on ne désire pas localiser le jet décapant mais l'utiliser pour nettoyage général de pièces à usiner. Au lieu d'employer une rainure oblique en forme de parallélogramme on peut, bien entendu, donner à la rainure tout autre forme plus oblique.
Afin de faciliter l'orientation correcte de la cage lorsqu'on la monte dans l'appareil, on peut prévoir sur cette cage une nervure 82 d'alignement sur la face d'extrémité de la collerette 22. Cette nervure peut être disposée en alignement avec une partie adjacente de la paroi du carter ou être utilisée simplement pour indiquer le point le plus bas de la cage en position de montage Un ou plusieurs repères 84 peuvent être également prévus sur la collerette 22 et peuvent coopérer, à titre d'index, avec une échelle pour indiquer la position normale de la cage ainsi que tout déplace- ment par rapport à cette position normale effectué en vue de changer la direction du jet abrasif.
Les figs.6 et 7 représentent, à une échelle agrandie, la roue à aubes 340 Celle-ci a la forme générale de la roue à aubes décrite dans les brevets précités. Bien que huit aubes aient été représentées sur le dessin, on peut, bien entendu, en prévoir un nombre plus grand ou plus petit et les aubes peuvent être inclinées éventuellement.
Il a été établi que la roue à aubes présente aussi une plus gran- de résistance à l'abrasion, lorsqu'elle est coulée en coquille comme repré- senté par exemple sur la fig. 8. La coulée peut s'effectuer de la même ma- nière que pour la pièce représentée sur les figs. 4et 5; la coquille est désignée ici par 150. Elle comporte des saillies 151 venues de matière et destinées à donner dans la roue à aubes coulée des entailles 44. Du fait de la forme de la roue à aubes le noyau est constitué par trois sec- tions au lieu de deux comme c'était le cas pour le moule de la cage. La section inférieure 158 est de forme générale cylindrique mais comporte un bossage 164 sur le dessus.
Au-dessus de cette section se trouve une secon- de section 168 pourvue de cavités disposées autour de sa périphérie et des- tinées à recevoir le métal qui constituera les aubes; cette seconde section se prolonge jusqu'au niveau 166 juste au-dessous du sommet de la cavité de
<Desc/Clms Page number 7>
la roue à aubes, ou à peu près au même niveau que le sommet des cavités destinées aux aubes La troisième section du noyau 171, est ajustée sur la section 168 et prend appui sur elle. Une cavité de forme générale tronconique 173 est ménagée dans la section 171 entre celle-ci et le som- met de la section 168;la section 171 comporte en outre des rainures de coulée 172 et des évents et trous de coulée 176.
Comme dans la description précédente, un bassin de coulée 178 peut être également employé pour guider le métal coulé vers les trous de coulée.
Pour la coulée de la roue à aubes on procède en général de la même façon que pour la cage et on utilise les mêmes métaux.
Des variantes dans la forme des canaux et des noyaux analogues à celles décrites peuvent être aussi envisagées.
Les palettes de projection 14 peuvent elles aussi être obtenues par moulage en coquille Dans ce cas cependant,seule la face de chaque palette qui sert à projeter les particules doit tre durcie.. de telle sorte que l'effet de trempe à froid peut n'être appliqué que sur cette face, bien qu'il puisse cependant être aussi employé sur la face opposée, en utilisant un moule constitué par des sections séparées qui peuvent être désassemblées une fois la coulée terminée, ce qui permet de démouler la palette Le moulage en coquille permet d'utiliser pour la fabrication des palettes, un métal moins coûteux.
Naturellement, l'invention n'est nullement limitée aux modes d'exécution représentés et décrits qui n'ont été donnés qu'à titre d'exem- ple.