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La présente invention concerne la fabrication de pièces moulées tubulaires en métal et plus particulièrement la fabrication de tuyaux en fonte, à emboîtements mâle et femelle aux extrémités, dans des moules métalliques perma nents tournant horizontalement.
Les procédés de fabrication des tuyaux par coulée
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dans des moulesmétalliques permanents sont connus et appli- qués dans une large mesure depuis 30 ans environ., Les procé- dés actuels consistent à se servir de moules métalliques cy- lindriques montés sur des rouleaux dans une double enveloppe d'eau et qu'on fait tourner à une vitesse appropriée. La double enveloppe d'eau est montée sur des roues, de sorte que l'ensemble de ces éléments peut recevoir de la part d'm cylindre hydraulique un mouvement dans la direction axiale' longitudinale du moule sur un bâti fixe légèrement incliné sur l'horizontale. La fonte fondue arrive dans le moule par une rigole de même inclinaison.
Pour effectuer la coulée, on fait basculer a vitesse constante une poche de coulée contenant la fonte fondue de façon à maintenir um vitesse de coulée constante. Lorsque le moule se trouve à l'extrémi- té supérieure du bâti fixe, il est prêt à la coulée et à ce moment la rigole pénètre dans le cylindre du moule à peu près sur toute sa longueur, Après avoir rempli la poche de coulée par la poche de transfert, l'opérateur qui conduit la machine'met le moule en mouvement et actionne le mécanisme qui commande le mouvement de bascule de la poche.
Au bout de quelques secondes la fonte a rempli l'intérieur'de l'em- boîtement et l'opérateur commence à faire descendre le cha- riot du.moule dans le sens longitudinal du bâti. Le courant de fonte liquide sortant de la rigole coule sur la surface du moule, où il est maintenu en place par la force centrifu- ge et forme le tuyau.
-On n'a pas tardé à constater au cours du développe- @ ment de ces machines qu'on obtient des résultats bien meil- leurs si, au lieu de verser la fonte sur le moule nu, on applique sur la surface intérieure du moule, juste en avant du courant de fonte,. uns couche d'une matière en poudre sè- che non liée, par exemple de ferro-silicium. Quoique cette solution représente un perfectionnement notable, on n'ob-
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tient pas avec des revêtements de cette nature des tuyaux donnant toute satisfaction, car ils comportent toujours des "piqûres", des "plis" ou des "points froids".
Les meilleurs résultats obtenus en vue de remédier à ces inconvénients de la coulée de tuyaux dans des moules métalliques permanents sont ceux du procédé décrit dons le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 2,399,606 Ce procédé consiste en bref à arroser la surface intérieure du moule métallique avec une suspension dans un liquide d'une matière réfractaire en poudre et d'un liant de façon à former par portions une couche isolante adhérant à la surface du moule et comportant un très grand nombre de saillies espacées sur sa face intérieure.
Un des avantages notables de l'emploi de moules métal- liques permanents consiste dans la,vitesse à laquelle on peut mouler un grand nombre de tuyaux par comparaison avec d'autres procédés, tels que la coulée en fosse, et la coulée centrifuge dans des moules garnis de sable. Cependant, on n'a pas atteint la vitesse de moulage maximum à cause de le nécessité de communiquer au moule deux courses doubles pour chaque tuyau moulé. Une course double est nécessaire pour verser le métal sur tou':e la longueur-dû moule, pendant que le moule avante par rapport à la rigole de coulée, puis pour extraire le tuyau raoulé en faisant revenir le moule dans sa position de coulée..
La seconde course double est nécessaire suivant certains procédés pour appliquer la couche de revê- tement du moule et suivant d'autres pour amener le moule dans une position convenant à la pose du noyau de l'emboîte- ment. On ne peut se dispenser de la seconde course double qu'en prévoyant des dispositifs supplémentaires d'extrac- tion du tuyau sans que le moule reçoive un mouvement longitu dinal. On a besoin, pour appliquer ce dernier procède, d'un supplément de 505 d'espace dans le sens longitudinal et
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.'un supplément d'équipement, de sorte qu'il n'a pas été adopté d'une manière générale.
L'invention se propose en conséquence de : fournir un procédé de coulée ou de fabrication de tu- yaux dans un moule métallique permanent tournant horizonta- lement en recevant simultanément un mouvement de va-et-vient et qui n'accomplit qu'une seule course double pour fabri- quer chaque tuyau, et cela sans qu'il soit nécessaire de communiquer au moule une course double séparés pour y in- troduire un noyau de l'emboîtement ou y appliquer une couche de revêtement ; le moule recevant un -mouvement le long de son axe longitudinal dans un sens pour extraire le tuyau et un mouvement,dans 1-'autre sens pour recevoir une couche et/ou venir dans la position dans laquelle il reçoit le métal fondu; ce procédé exigeant moins de temps qu'on n'a pu l'envisager jusqu'à présent.
D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description détaillée, donnée ci-après d'une forme de réalisation choisie à titre d'exemple non limita- tif de l'invention, avec les dessins ci-joints à l'appui, sur lesquels : la fig. 1 est une élévation latérale d'une machine à mouler des tuyaux convenant à l'application du procédé de l'invention et dont certains éléments sont' arrachés, la fi. 2 est une coupe à plus grande échelle à peu prs suivent la ligne II-II de la fig. 1 et dont certains éléments sont arrachés, la fig. 3 est une coupe à plus grande échelle suivant la ligne III-III de la fig.
2 et représente en détail la barre d'expulsion et les tuyères d'application d'une couche réfractaire à l'intérieur du moule, les fig.4 à 8 sont des croquis schématiques, ne com- portant pas de détails et indiquant les diverses opérations.
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du nouveau cycle de coulée du procédé de l' invention.
La machine de l'invention comporte d'une manière géné- "rale une plate-forme de support 10 d'une forme courante, sur laquelle sont disposas deux rails horizontaux et paral- lèles 11. Un chariot12reçoit un mouvement de va-et-vient sur les rails 11 en roulant sur des roues 13 fixées sur lui par des essieux 14 Le chariot 12 porte un moule cylindrique 15 qui délimite la surface extérieure du tuyau qui y est moulé. Le moule 15est supporté par plusieurs galets 16 tourillonnant sur des étriers 27 dont la position peut être réglée vers et à l'écart du moule par des vis de ré- glage 17 qui se vissent dans le couvercle du chariot 12: Les galets servent donc non seulement à centrer le moule en réglant les vis 17 mais encore à supporter le moule et à l'empêcher de se courber tandis qu'il tourne autour de son axe horizontal.
Le mouvement de rotation du moule lui est transmis par un moteur électrique 18 monté sur le cou- vercle du chariot 12 par un support 19 Le mouvement de ro- tation du moteur électrique 18 est transmis par un arbre 20 à une roue dentée 2 , et par l'intermédiaire d'un pignon fou 21 à une roue de commande 22 du moule en liaison de comman- de avec le moule ¯1± par une bague 26..
On refroidit le moule 15 en l'arrosant à l'extérieur avec un fluide de refroidissement, de préférence de l'eau, au moyen de plusieurs ajutages de projection 28 espacés le long et au voisinage du moule et supportés par des tu- yaux d'arrivée du fluide 29 qui font arriver le fluide de refroidissement dans les ajutages. La machine de la fig.l comporte trois tuyaux , dont l'un est disposé directement au-dessous de l'axe du moule et les deux autres sont espa- cés à 120 de chaque côté du moule. Les tuyaux communiquent avec un dispositif d'arrivée du fluide (non représenté) qui contient des robinets de commande faisant arriver le fluide
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ou interrompant son arrivée suivant les besoins au cours de l'opération de coulée.
Le fluide de refroidissement, après être venu en contact avec l'extérieur du moule, sort de la machine par son propre poids, en passant par des tuyaux de sortie 30 espacés le long de la partie inférieure du chariot 12 et aboutissant dans des tuyaux télescopiques ou rigoles de sortie 31, puis dans des tuyaux de vidange 32. On peut aussi refroidir le moule en l'immergeant dans une double enveloppe d'eau, d'une manière connue.
Un dispositif 33. de fermeture de l'extrémité de l'em- boîtement mâle empêche le métal de s'écouler hors du moule à cette extrémité pendant la coulée. Suivant.la forme de construction de la fig. 2, un arbre longitudinal 3 e st supporté par des paliers (non représentés). Un levier 35 fixé à une extrémité 36 de l'arbre supporte une cage 37 dans laquelle est montée au moyen d'un palier (non repré- senté) une bague d'un diamètre extérieur s'ajustant exacte- ment à l'intérieur du moule. Son diamètre intérieur est égal ou inférieur au diamètre intérieur du tuyau à fabriquer dans le moule.
La bague de fermeture est -amenée.en place dans l'extrémité de l'emboîtement mâle du moule et en est retirée au moyen d'un cylindre pneumatique 38, L'arbre 34 passe dans une console 39 montée sur le chariot 12 et com- portant une fenêtre hélicoïdale 40 dans laquelle pénètre un goujon 41 fixé d'une manière rigide sur l'arbre 34, Par suite, lorsque le piston du cylindre pneumatique 38 est poussé dans la direction de l'extrémité de l'emboîtement femelle du moule, l'arbre 3 et le goujon 41 sont égale- ment poussés dans cette dir ection. Cependant, pendant ce mouvement, le goujon 41 est olig de suivre le trajet hélicoïdal de la fenêtre 0,
en f isc.nt ainsi tourner l'ar- bre 34 et par conséquent en faisant venir le levier 3 et le dispositif de fermeture qui y est fixé drns la
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position de la fig. 2. Inversement, lorsqu'on inverse la pression exercée sur le piston du cylindre 38, l'arbre 34 s'éloigne du moule et tourne en sens inverse, en entraînant le dispositif de fermeture de l'extrémité, qui cesse ainsi d'être dans le prolongement du moule.
Suivant l'invention, on verse le métal à travers le noyau 43 de l'extrémité de l'emboîtement femelle dans le moule rotatif 15 au moyen d'une poche de coulée 42 en le guidant par un bec de coulée 44 dont l'extrémité de petite section 45 pénètre dans le moule à une distance à peu près égale à celle de la partie intérieure du noyau 43, La poche de coulée 42 est de préférence en métal recouvert d'@@@ couche réfractaire et ses dimensions doivent être suffisan- tes pour contenir la quantité de métal nécessaire à la couler d'un tuyau de dimensions déterminées par le moule et d'une épaisseur de paroi déterminée.
La poche est montée de façon pivotante à son extrémité antérieure sur un supnort fixe 46, On verse le métal contenu dans la poche en soulevant l'extrémité postérieure de celle-ci au moyen d'un dispositif de levée hydraulique qui comporte 'un cylindre 47 et un piston 48, Un bras 49 est articulé sur le prolongement supé- rieur du piston .48 et son autre extrémité est fixée d'une manière rigide sur un arbre 73 Cet arbre peut tourner dans des paliers disposés dans le support 46 et son autre extré- mité est fixée d'une manière rigide sur un côté ,le la poche 42, L'autre côté de la poche est supporté par un dispositif semblable. Pendant la marche de la machine, l'arbre 73 tourne de façon à faire basculer la poche lorsque le piston 48 est poussé de bas en haut.
Le bec de coulée 44estfixé sur le support fixe 46 par l'intermédiaire de supports 50, La. poche et le bec de coulée peuvent aussi être amenés hors du prolongement du moule et en être éloignés par des cylindres hydrauliques, en particulier lonsque la tuyau.
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moulé doit êtredémoulé par des dispositifs qui le maintien- nent en position fixe au lieu de.l'expulser par le dispo- sitif représenté. Un dispositif convenant:; à cette autre so- lution est décrit par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 1 942.919.
L'extrémité de la plate-forme de support 10 opposée à l'extrémité de coulée comporte un support fixe 51 d'une extrémité dundispositif combiné d'expulsion et d'applica- tion d'une couche de revêtement, désigné d'une manière gé- nérale par 52, Cette partie de la machine représentée comporte en principe un tube en forme de lance 55 fixée d'une manière rigide sur le support 21 par une console 2} fixée par des 'coulons 54, Le tube extérieur- 55, qui sert de supnort au dispositif d'arrosage, a une longueur suffis- ante pour que, lorsque le chariot 12 est venu en arrière en[ contact avec le support 51, son extrémité 56 se, trouve à côté ou au-delà de la portion extérieure de la cavité 24 de l'emboîtement femelle du moule.
L'extrémité libre du tube 55 comporte une bague d'expulsion ou tête 57 fixée d'une manière rigide,, par exemple par soudage ou brasage, et venant en contact avec l'extrémité;de l'emboîtement mâ- le du tuyau formé dans le moule 15, Le diamètre extérieur de la bague de poussée 52 est plus petit que le diamètre intérieur du Doule 15, mais un peu plus grand que le dia- mètre intérieur du tuyau à mouler.
Un tube 60 de plus petit diamètre est monté dans le tube extérieur 55 et y est maintenu concentriquement au moyen d'un cylindre 61 monté à coulisse dans le tube 55 et fixé d'une manière rigide sur le tube 60. Une extrémité du tube 60 est fixée sur un bras 74 aui est aussi fixé sur le prolongement 62 d'un piston parallèle au tube 60. Le piston reçoit un mouvement de va-et-vient dans un cylindre 63 par un fluide sous pression introduit par des raccords
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64 ou 65, suivait le sens du mouvement à transmettre au piston et aux éléments qui l'accompagnent. Un couvercle de fermeture 66 est vissé sur l'autre extrémité du tube 60 et des ajutages 67 de distribution des compositions réfrac- taires de revêtement du moule sont disposés à côté de ce couvercle.
Pendant la marche de la machine, les ajutages de distribution 62 sont en retrait dans le tube 55 (fig.3)? pendant que la lance sert à expulser le tuyau moulé hors du moule. Lorsque l'extrémité 56 de la lance a dépassé la cavité de l'emboîtement femelle, après avoir épuisé le tuyau hors du moule, le fluide sous pression arrive par le raccord 65 et pousse le piston dans le cylindre 63 dans la direction de la machins à mouler, en provoquant ainsi le mouvement du tube intérieur 60 dans le même sens, jus- qu'à ce que les ajutages de distribution 67 soient venus dans une position découverte au-delà de l'extrémité 56, On introduit alors dans le tube 60 lamatière de revêtement du moule,
qui est ainsi refoulée par le fluide sous pression et sort par les ajutages 67
Dans la forme de réalisation représentée, la lance 52, occupe une position fixe de sorte que son extrémité li- bre peut parcourir toute la longueur du moule 15 pendant que le chariot 12 du moule va et vient sur les rails 11.
L'extrémité extérieure d'un piston 68 mobile dans un cy- lindre 6 fixé sur la plate-forme 10 est réunie à la surfa- ce inférieure du chariot 12 par un élément d'accouplement 70, de façon à faire aller et venir le chariot sur les- rails 11 pendant l'opération de coulée.
La succession des opérations du procédé de moulage de l'invention est décrite ci-après avec les fig. 4 à 8 à l'appui, qui représentent schématiquement les opérations effectuées et les positions occupées par les éléments de
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la machine pendant chacune d'elles. La première opération (fig. 4) consiste à mettre en mouvement de rotation le moule autour de son axe horizontal en faisant passer le courant dans le moteur 18, Les ajutages de distribution 67 avancent de façon à sortir par l'extrémité du tube 55 et venir dans une position découverte.
3ntre temps, la poche de coulée 42 a été chargée avec la quantité de métal fondu nécessaire au moulage d'un tuyau d'épaisseur de paroi déter- minée et d'un diamètre extérieur déterminé par le diamètre intérieur du moule 15, On met en place un noyau 43 de l'em- boitement femelle autour de l'extrémité 45 du bec de coulée
44
Puis on commence à faire arriver la matière de revê- tement du moule pendant que le chariot 12 du moule avance dans la directionde la flèche de la fig. et on continue à la faire arriver jusqu'à ce que le chariot atteigne la position de la fig.6. Les ajutages de distribution ont ainsi parcouru toute la longueur du moule en y projetant la matière de revêtement.
On interrompt l'arrivée de cette ma- tière et fait revenir les ajutages de distribution 67 en arrière dans leur position dans le tube 55,
On interrompt alors le mouvement de rotation du moule de façon à poser et à fixer le noyau 43 dans la cavité de l'emboîtement femelle du moule. Le piston 3ih du cylindre 38 est poussé vers l'extrémité de l'emboîtement mâle du moule de façon à fermer cette extrémité par le dispositif de ferme ture 33
Pendant l'opération de la fig.
7, le moule est remis en mouvement de rotation, l'eau de refroidissement sortant par les ajutages 28 arrose la surface extérieure du moule et la poche de coulée 42 bascule en faisant couler le mé- tal fondu qu'elle contient dans le bec de coulée 44, dont l'extrémité de petite section pénètre dans le moule
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en passant par le noau de l'emboîtement femelle 43 et se termine à l'extrémité intérieure du noyau. Le métal fonda est entraîne sur toute la longueur du moule par la force centrifuge.
On continue à faire tourner le moule jusqu' ce que le métal se soit suffisamment solidifié pour se supporter de lui-même, on interrompt alors le mouvement de rotation, on cesse de faire arriver l'eau de refroidissement sur le mouleet la bague de fermeture 33 de l'extrémité de l'emboî tement mâle quitte sa position dans le prolongement du moule. Puis le chariot 12 du moule avance dans la direc- tion de la flèche de la fig. 8, La bague d'expulsion 57 pénètre dans l'extrémité de l'emboîtement maie du moule et vient en contact avec l'extrémité de l'êmboîmement mâle 71 du tuyau 72 qui s'est formé dans le moule. Le charioten continuant son mouvement jusque dans la position de la fig.. expulse complètement du moule le tuyau, qui est reçu et transporté par tout dispositif approprié (non représenté).
Alors que dans la forme préférée de réalisation représentée et décrite,la lance de distribution de la cou- che de revêtement du moule sert aussi'de dispositif de dé- moulage du tuyau, cette caractéristique n'est pas une caractéristique indispensabledu procédé la l'invention. Il est cependant nécessaire suivant ce procédé que le tuyau soit démoulé par un dispositif qui le maintient en position fixe (fig.8) pendant que le moule avnce jusqu' à ce que le tuyau en soit sorti. Ce ré ultat peut être obtenu par d'autres Doyens qui saisissent et retiennent l'extrémité de l'emboîtement femelle du tuyau, pendant le mouvement du moule. On connsît des dispositifs de retenue convenant à cet effet.
Une Fois le tuyau sorti du moule, cel-ci estprêt à être remis en mouvements de rotation, à avncer vers le
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dispositif de coulée et à recevoir une nouvelle couche de revêtement. La quantité de chaleur restante de la coulée précédente est suffisante pour sécher ou durcir la matière de revêtement-du. moule, si on le désire. Le moule doit être chauffé par d'autres moyens appropriés avant d'y ap- pliquer la couche de revêtement au commencement des opéra- tions de coulée.
Le procédé de l'invention permet en premier lieu de mouler une pièce au moyen d'une seule course double du moule, tandis que par les procédés ordinaires le moule doit accomplir deux courses doubles pour chaque pièce et un dispositif additionnel, Nécessaire au démoulage du tuyau. occupe un espace supplémentaire. On ne peut supprimer une course complète sans prévoir un'dispositif supplémentaire séparé de démoulage que par la combinaison des caractéris- tiques décrites selon l'invention. De plus, le procédé de l'invention permet d'appliquer une couche de revêtement sur le moule d'un type qui doit subir un séchage ou un durcis- sement sans que le moule doive .accomplir une course supplé- mentaire.
En principe, la couche doit .être appliquée par une lance pénétrant dans le moule par l'extrémité de l'em- boîtement mâle et pouvant servir en même temps à expulser le tuyau du moule en exerçant une poussée sur lui dans la direction de l'extrémité d'emboîtement femelle lorsque le moule avance de façon à y faire pénétrer la lance. De 'même, il est indispensable dans cette opération que le métal ne soit pas coulé en revenant en arrière et il est nécessaire en particulier de couler le métal par l'extrémité de l'em- boîtement femelle du moule, pendant que celui-ci tourne autour de son axe longitudinal mais reste immobile dans le sens longitudinal.
Pour profiter de tous les avantages du procédé de
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de moulage de l'invention, il est nécessaire de repartir aussi rapidement que possible la totalise de la charge de métal fondu sur toute la longueur du moule et en particu- lier avant que des portions de métal se soient solidifiées.
Pour arriver à ce résultat, il est nécessaire de réaliser un équilibre approprié entre la température de coulée, la @ durée de la coulée et la vitesse derotation du moule au . cours de l'opération de coulée, quoiqu'il ne soit pas pos- sible d'indiquer des limites exactes convenant à toutes les combinaisons possibles, il est facile de déterminer par des essis, ainsi qu'il est nécessaire dans tous les procédés de coulée ordinaires, les limites qui conviennent à une dombinaison quelconque en les combinant avec d'autres variables, telles que la composition du métal, celle de la couche de revêtement du moule et son épaisseur, l'épaisseur de paroi du moule et la longueur et le diamètre du tuyau à couler.
En réalité, ces déterminations sont simplifiées par le procédé de l'invention, en grande partie du fait, de la suppression du facteur d'erreur humaine propre aux procédés antérieurs, suivant lesquels .la -vitesse de coulée du métal dans la longueur du moule se détermina au jugé.