CA1101099A - Procede et dispositif de regulation d'une operation de coulee basse pression - Google Patents
Procede et dispositif de regulation d'une operation de coulee basse pressionInfo
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- CA1101099A CA1101099A CA305,479A CA305479A CA1101099A CA 1101099 A CA1101099 A CA 1101099A CA 305479 A CA305479 A CA 305479A CA 1101099 A CA1101099 A CA 1101099A
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Abstract
L'invention est relative si un dispositif et un procédé de régulation d'une opération de moulage d'un métal par coulée à basse pression dans un, moule alimenté par dessous par une pompe électromagnétique. L'opération comporte les phases suivantes à partir d'une position de repos dans laquelle la métal est maintenu à une altitude légèrement inférieure à celle de l'entrée du moule. On remplie le moule, vitesse croissante, par application d'une tension croissante sur la pompe et jusqu'à une tension correspondant à une hauteur de refoulement légèrement supérieure à celle du haut du moule; on maintien cette tension jusqu'à formation d'une peau contre les parois internes du moule; on solidifie avec application d'une pression accrue jusqu'à ce que le front de solidification atteigne l'entrée du moule. Le procédé est caractérisé par le fait qu'on utilise des mesures de température du moule et de température du métal dans le four de fusion pour régler la durée des deux premières phases dans le sens d'une réduction de durée pour une diminution de la température du moule ou de la température du métal dans le four.
Description
Q~9 La présente invention concerne un procédé de regu-lation d'une opération de moulage metallique par coulee à basse pression, et plus particulierement par coulee alimentee par une pompe electromagnetique. L'invention trouve une applica-tion particulièrement interessante pour le moula~e par coulee a basse pression de l'aluminium et de ses alliages.
L'invention'concerne egalement un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
L'alimentation par pompe electromagnetique est souvent preferee a l'alimentation par air comprime pour la ' coulee basse pression d'un metal, a cause de la rapidite de reaction aux commandes de changement de pression. Dans la tech- ;
nique actuelle de l'operation de coulee alimentée par pompe ' electromagnetique on procède par-cycles de sequences pre-etablies, - ~-.
chaque phase etant definie par une durée fixe et une valeur fixe' .
ou variable de la pression.
Un tel dispositif de l'art antérieur donne de bons résultats en pratique lorsque les conditions de fonctionnement et d'environnement restent inchangees. Mais la temperature du ~ ' métal contenu dans le four de fusion qui alimente la pompe peut varier, soit par exemple par panne de chauffage ou parce que le four a ete rempli avec du metal plus froid'ou plus chaud. Les "
.
- conditions d'équilibre thermique du moule sont alors perturbees .:
et on court le risque de couler de mauvaises pièces. ~
..
Il peut aussi arriver qu'après evacuation de la pièce coulee, le moule nécessite un repoteyage partiel ou un -;
` léger entretien. Si le moule reste alors ouvert sa température `~
chutera, et là encore l'équilibre du moule sera perturb~ et les pièces coulees risqueront de ne pas être bonnes.~ -~
Dans ces deux hypothèses de perturbation, il faut alors modifier les paramètres du cycle de coulee, c'est à-dire pratiquement la duree relative des différentesphases, au fur et ~lOlQ~9 a mesure que le four et le moule reprennent leur température normale d'equilibre. Cela demande du temps et des corrections frequentes pour ajuster les elements de reglage du cycle.
L'invention a donc d'abord pour objet un procede de regulation qui permette de tenir compte automatiquement des conditions variables de fonctionnement et d'environnement, pour régler de façon continue les paramet:res de la coulee et les adap-ter aux conditions reelles de travail. Cette régulation tient compte du fait que lorsque la temperature du moule ou la tempé- -rature du metal a l'entree du moule baisse il y a interêt à
faire entrer le metal plus rapidement dans le moule pour eviter de solidifier le metal avant que le moule soit plein.
L'invention a egalement pour objet d'eviter de prolonger inutilement la phase de remplissage du moule et la phase de solidification.
La presente invention concerne un proc~de de regu-lation d'une opération de moulage d'un métal par coulee a basse ~
pression dans un moule alimente par dessous par une pompe élec- ~
tromagnetique. Cette ope-ration comporte les phases suivantes a partir d'une position de repos dans laquelle le métal est ~ ;
` maintenu a une altitude legerement inférieure à celle de l'entr~e du moule:
a) remplissage du moule, a vitesse croissante, par application d'une tension croissante sur la pompe et jusqu'à une tension correspondant a une hauteur de refoulement légerement superieure a celle du haut du moule, b) maintien de cette tension jusqu'a formation d'une peau contre les parois internes du moule, c) solidi~ication avec application d'une pression accrue jusqu'a ce que le-front de solidification atteigne l'entrée du moule, :~
L'invention'concerne egalement un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
L'alimentation par pompe electromagnetique est souvent preferee a l'alimentation par air comprime pour la ' coulee basse pression d'un metal, a cause de la rapidite de reaction aux commandes de changement de pression. Dans la tech- ;
nique actuelle de l'operation de coulee alimentée par pompe ' electromagnetique on procède par-cycles de sequences pre-etablies, - ~-.
chaque phase etant definie par une durée fixe et une valeur fixe' .
ou variable de la pression.
Un tel dispositif de l'art antérieur donne de bons résultats en pratique lorsque les conditions de fonctionnement et d'environnement restent inchangees. Mais la temperature du ~ ' métal contenu dans le four de fusion qui alimente la pompe peut varier, soit par exemple par panne de chauffage ou parce que le four a ete rempli avec du metal plus froid'ou plus chaud. Les "
.
- conditions d'équilibre thermique du moule sont alors perturbees .:
et on court le risque de couler de mauvaises pièces. ~
..
Il peut aussi arriver qu'après evacuation de la pièce coulee, le moule nécessite un repoteyage partiel ou un -;
` léger entretien. Si le moule reste alors ouvert sa température `~
chutera, et là encore l'équilibre du moule sera perturb~ et les pièces coulees risqueront de ne pas être bonnes.~ -~
Dans ces deux hypothèses de perturbation, il faut alors modifier les paramètres du cycle de coulee, c'est à-dire pratiquement la duree relative des différentesphases, au fur et ~lOlQ~9 a mesure que le four et le moule reprennent leur température normale d'equilibre. Cela demande du temps et des corrections frequentes pour ajuster les elements de reglage du cycle.
L'invention a donc d'abord pour objet un procede de regulation qui permette de tenir compte automatiquement des conditions variables de fonctionnement et d'environnement, pour régler de façon continue les paramet:res de la coulee et les adap-ter aux conditions reelles de travail. Cette régulation tient compte du fait que lorsque la temperature du moule ou la tempé- -rature du metal a l'entree du moule baisse il y a interêt à
faire entrer le metal plus rapidement dans le moule pour eviter de solidifier le metal avant que le moule soit plein.
L'invention a egalement pour objet d'eviter de prolonger inutilement la phase de remplissage du moule et la phase de solidification.
La presente invention concerne un proc~de de regu-lation d'une opération de moulage d'un métal par coulee a basse ~
pression dans un moule alimente par dessous par une pompe élec- ~
tromagnetique. Cette ope-ration comporte les phases suivantes a partir d'une position de repos dans laquelle le métal est ~ ;
` maintenu a une altitude legerement inférieure à celle de l'entr~e du moule:
a) remplissage du moule, a vitesse croissante, par application d'une tension croissante sur la pompe et jusqu'à une tension correspondant a une hauteur de refoulement légerement superieure a celle du haut du moule, b) maintien de cette tension jusqu'a formation d'une peau contre les parois internes du moule, c) solidi~ication avec application d'une pression accrue jusqu'a ce que le-front de solidification atteigne l'entrée du moule, :~
- 2 - -~
~ .
9g d) fin de solidifica-tion à la pression de repos et ouverture du moule.
Le procéde de l'invention est caractérise par le fait qu'on utilise des mesures de température du moule et de ~
température du métal dans le four de fusion pour régler la , durée des phases a) et b) dans le sens d'une réduction de durée pour une diminution de la température du moule ou de la tempé-rature du métal dans le four.
Selon une forme plus complète du procédé on utilise ~, aussi la mesure de température du moule pour régler la durée de la derniere phase de solidification dans le sens d'une réduc-tion de durée pour une diminution de,la température du moule.
- Selon une autre forme du procédé on ut1lise en outre une mesure de température du métal dans la partie supérieure du moule pour détecter son passage a la température de solidifi-cation et déclencher ainsi la fin de la deuxieme phase de remplis-sage.
Selon,enfin une autre amélioration au procédé on utilise en outre une mesure de la température du métal a l'entrée 20~ du moule pour détecter son passage a la temperature de solidi- , ~
~, fication, et déclencher ainsi la fin de la troisieme phase du cycle. -,L'invention s'applique aussi au dispositif~destiné
a la mise en oeuvre de ces diverses variantes~du procédé de ré-gulation.
L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant à un mode de réalisation particulier donné a titre d'exemple et représente par les figures annexees ou:
La figure l est un s~héma d'un moule par coulée basse , , pression.
La figure 2 illustre les variations de la tens,ion d'alimentation de la pompe électromagnétique en fonction du temps.
'~
~ _ 3 99 ':
La figure 3 est un schéma general du dispositif de regulation realise selon l'invention. `
Les figures 4 à 6 concernent une variante de reali-sation dans laquelle la mesure de temperature du metal a la partie supérieure du moule est r~alisé par mesure différentielle au moyen de deux capteurs associés. La figure 4 montre la dis-po$ition particulière des deux capteurs de température associés.
La figure 5 donne la variante correspondante du schéma gén8ral. ; ;
La figure 6 montre le sens de l'évolution des températures détec-tées par les deux capteurs.
~ n rappellera ci-apres les differentes phases de coulee en se référant aux ~igures 1 et 2. La figure 1 représente schematiquement un moule pour coulee basse pression, comportant un corps 1 et un couvercle 2. Le métal liquide est introduit dans le moule par le queusot 3. La figure 2 donne, en fonction du temps, pour les différentes phases d'une coulée, les variations de la tension d'alimentation-de la pompe électromagnétique, c!est-à-dire en définitive les variations de la hauteur de refoulement ~;
dans le moule, et par là la pression du métal dans le moule. ~-~- 20 A l'état de repos, le métal est maintenu a une ~ ~`
altitude légerement inferieure à celle de l~entree du moule par application sur la pompe d'une`tension U0 r~glee par un poten-tiometre.
Pour remplir le moule,on regle la tension à une valeur Ul pour obtenir une hauteur de refoulement legèrement superieure à l'altitude de la partie superieure du moule; ainsi lorsque le moule est rempli, la pompe etablit sur le métal une ~ `
légere pression correspondant à une masselotte de faible hauteur et ceci pendant un temps assez court, mais necessaire pour former une peau seulement contre les parois internes du moule, le reste du metal étant liquide. En fait, l'utilisation d'une pompe :. ~ . ' " , ''~
-9g electromagnetique permet dejà d'obtenir de meilleurs resultats en augmentant pro~ressivement la tension depuis la tension UO de '' repos jusqu'à la tension Ul, et en maintenant ensuite la tension Ul pendant le temps necessaire à la formation de la peau contre les parois internes du moule. On verra sur la figure 2 la première phase de remplissage proprement dit ~ vitesse d'entree ~ '-progressive pendant le temps tl, puis la deuxième phase pendant "
le temps t2 pour la formation de la peau. ~' La progressivite de l'augmentation de tension de à Ul est obtenue de façon usuelle par un-convertisseur analogique-digital permettant de decouper l'ecart de tension U0-Ul en inter-valles élementaires en nombre affiche par un présélecteur associé
à un compteur-horloge. Le compteur fait ainsi progresser la tension d'un niveau élémentaire ~ chaque intervalle de temps défini par la base de temps du compteur.
La troisième phase du moulage est une phase de '-refroidissement pendant laquelle la pleine tension U2 est appli- ' `'' quee sur la pompe electromagn~tique qui fournit sa pression ~ ;
` maximale de refoulement sur le metal liquide. La peau precedem- ;
ment formée empêche alors le metal dlentrer dans les fentes du ~ ' 3 moule correspondant à la jonction du corps et du couvercle et ainsi que dans les events de tirage d'air. Cette pression maxi- ~' - male est maintenue pendant que le métal se solidifie dans le moule. -Elle sera coupee, grâce-à une minuterie qui mesure le temps t3 necessaire, à l'instant où le front de solidification du métal ~ ' descend dans le queusot d'alimentation 3.
- La minuterie pourra être constituée par un compteur-horloge muni d'une base de temps et associe à un presélecteur de ' préreglage du temps t3.
Enfin, pendant une quatrieme phase la' tension appli-quée est ramenee 'a la valeur de repos UO, tandis que le moule sera maintenu ferme pour parfaire la solidification de la pièce pendant un temps t4 limite pour éviter un refroidissement tel ... . .
que la piece soit indémoulable. Ce temps t4 peut également être déterminé par une mlnuterie constituée par un compteur-horloge muni d'une base de temps et associe à.un pr~sélec~eur de préréglage du temps t4. ~
. Les signaux de sor*ie des compteurs qui commandent ~- . des varia~ions de tension sont appliqués à un commutateur agissant sur les circuits d'alimentation à tension variable de:la pompe, et par.exemple des circuits à thyristors;. le signal de sortie du compteur du temps t4 agira sur.les commandes.de fin de cycle par commande d'ouverture du moule.
On reviendrà maintenant à la figure 1 où.sont representes les différents capteurs de température sur le moule. Les capteurs-5 et 6 sont destines à mesurer les tem-peratures Tl et T2 du moule lui-meme. Le capteur 7 mesure la.
temperature T3 à la partie superieure du Dule. Le capteur 8 mesure la température T5 au queusot d'alimentation du moule.
~ .. E~_se xefer~ maintel~uLt à la ~itu~Q_3,on retrouv.era _ _~
1~1099 les organes usuels connus pour la commande d'un cycle de coulée basse-pression avec alimentation par pompe électro-magnétique. ~es trois tensions d'alimentation de la pompe des diverses phases du cycle sont fixées par les potentio-mètres 11, 12 et 13, où sont respectivement prélevées les tensions UO de repos, Ul de maintien pendant la formation de la peau, et U2 correspondant à la pleine pression pendant la solidification.
: . Les tensions U0 et U2 sont di~ectement amenées au commutateur analogique 15 qui commande la régulation à thyris-tors 16 de la tension d'alimentatian de la pompe électromagnéti-que 17. Par contre la tension Ul est amenée au commutateur 15 par l'intermédiaire du convertisseur digital-analogique 18 piloté par le compteur-horloge l9o Le compteur-horloge 19 est destiné à fixer la durée - de la phase tl par affichage d'un nombre Nl d'impulsions issues de la base de temps 20. Le préaffichage Nl est transmis par la connexion 23 au convertisseur 18 et définit le nombre de paliers de progreesion pour aboutir en fin de comptage ~ :
la tension Ul, chaque degré de comptage du compteur 19, mis en route par l'entrée de déclenchement Z3! est transmis par la connexion 24 et augmente d'un palier la tension transmise par le convertisseur 18 au commutateur 15. Le signal de sortie de fin de comptage, correspondant à l'obtention de la pleine tension Ul sur le commutateur 15 est transmis par 25 au commutateur pour déclencher-le maintien de la tension Ul `
; pendant la deuxième phase t2; en même temps le signal déclenche ~.
par 26 le démarrage du compteur 27, et par 28 la remise à zéro du compteur 19.
Le compteur 27 est destiné ~ fixer la durée de la phase t2 par préaffichage d'un nombre ~2 d'impulsions issues de la même base de temps 20. Le signal de sortie de fin de . - :
.
o9'~
comptage du compteur 27, correspondant à la fin de la phase t2 de formation de la peau, est transmis par 30 ~ la porte "OU" 31 dont le signal de sortie est lui~même transmis par 32 au commutateur 15 pour commander l'élévation à la valeur U2 :
de la tension d'alimentation de la pompe, en même temps le signal déclenche par 33 le démarrage du compteur 35, et par 36 la remise à zéro du compteur 270 Le compteur 35 est destiné ~ fixer la durée de la phase-t3, par préaffichage d'un nombre N3 d'impulsions .issues de la base de temps 38. Le signal de sortie de fin de comptage du compteur 35, correspondant à la fin de la phase t3 de solidification est transmis par 40 à la porte "OU" 41 dont le signal de sortie est lui-même transmis par 42 au commutateur :
15 pour commander le retour à la tension U0 de repos de la ; :.
pompe d'alimentation; en même temps le signal déclenche~par 44 le démarrage du compteur 45, et par 46 la remise à zéro ~:
du compteur 35.
"~, Le compteur ~5 est destiné.~ fixer la.durée de la dernière phase t4 par préaffichage d'un nombre N4 d'impul-.20 sions issues de la base de temps 51. Le signal de sortie de : -fin de comptage du compteur 45, correspondant à la fin de la . .
phase t4 de complément de solidification, est transmis par ~ :
47 au relais 48 du dispositif 49 de commande d'ouverture du moule, en même temps le signal déclenche par 50 la remise - ~ zéro du compteur 45.
A l'exception des portes 31 et 41, le disposltif qui vient d'atre décrit correspond pratiquement à un état connu de la technique, où la durée des quatre phases du cycle . est fixée uniquement par l'affichage des repères Nl, N2, N3 et N4. La nouveauté de l'invention consiste tout d'abord dans l'utilisation de mesures de température par les thermocouples 5, 6, 7 et 8 disposés sur le moule comme représenté à la , , ~L~01~9''~
figure 1, et par le thermocouple S5 de mesure de la température du métal dans le four de fusion. Le signal du thermocouple 55, représentant la température To du métal dans le four, est introduit dans le circuit de contre-réaction d'un amplifica-teur 57 pour inverser l'effet de la variation de température.
De meme le signal moyen des thermocouples 5 et 6, représe~tant la moyenne des températures T2 et T3 relevées sur un moule, et par conséquent la valeur moyenne de la température du moule, est introduit dans le circuit de contre-réaction d'un amplifi-cateur 59 pour inverser également l'ef~et de la variation de température. Les sorties des amplificateurs 57 et 59, par ;
l'intermédiaire de résistances d'équilibrage 60 et 61, sont appliquées au circuit de réglage de la base de temps 20 qui pilote les compteurs 19 et 27.
On voit donc que si pour une raison quelconque latempérature du four, ou la température du moule, vient à
diminuer, ce qui impose d'accélérer la vitesse d'entrée du métal dans le moule, le réglage de la base de temps 20 va être modifié dans le sens d'un raccourcissement de la période des impulsions. Pour un nombre Nl d'impulsions à compter il en résultera bien une diminution de la durée absolue du comptagej c'est-à-dire que le même nombre de paliers de ;~
progression de la tension Ul sera obtenu en un temps plus court, et la progression de la vitesse d'entrée du métal dans le moule sera accrue. De même la durée de la phase t2 de maintien à la tension Ul sera raccourcie par diminution de la durée des impulsions élémentaires comptées dans le compteur 27.
Mais on a également vu que la fin de la phase t2 ~ pouvait survenir dès la formation de la peau, c'est-à-dire dès formation d'une première solidification au contact des parois dans la partie supérieure du moule. On utilisera donc lCi, selon l'invention~ la mesure réelle de la température en haut du moule par le thermocouple 7. Le signal du thermocouple 7, représentant la température T3 est appliqué au détecteur de seuil 62 réglé pour détecter le passage de la température T3 à la température de solidification du métal; le signal de détection est appliqué par 64 à l'entrée de la porte OU 31, parallèlement au signal de ~in dè comptage du compteur 27. On voit qu'on peut alors ne plus util:iser le compteur 27 que comme un élément de sécurite, pour ne donner au commutateur 15 l'ordre de passage à la phase t3 que si la détection en 7 ou 62 de la solidification n'a pas fonctionné. Mais en fonction-nement normal on profitera donc de tous les facteurs qui auront pu conduire par exemple à une accélération de la solidification pour réduire d'autant la phase t2 et en défini--tive le cycle total de la coulée.
On retrouvera une disposition tout à fait équivalente pour la fin de la phase de solidification t3 qui peut être .
interrompue das que le front de solidification a atteint le queusot d'alimentation 3. On utilisera alors, selon l'inven-tion, la mesure réelle de la température au queusot par le 20 ~ thermocouple 8. Le signal du thermocouple a, représentant la température T5, est appliqué au détecteur de seuil 66 réylé
- pour détecter le pas`sage de la température TS à la température de solidification du métal; le signal de détection est appli-qué par 67 à l'entrée de la porte OU 41 parallèlement au signal de fin de comptage du compteur 35. Ici encore le compteur 35 peut ne plus être utilisé que comme un élément de sécurité
mais en fonctionnement normal on profitera de tous les facteurs qui permettent de réduire la durée de la phase t3, et en définitive du cycle total de la coulée.
Enfin, la durée de la dernière phase t4 de fin de ~-solidification sera elle aussi automatiquement réglée pour tenir com~te des conditions réelles de la coulée, de telle _ g _ ..;
. . :: ~ , ~`` 11011~99 sorte qu'elle évolue en sens inver9e de la température du moule, puisque la solidi~ication sera d'autant plu8 rapide que la température du moule sera moins élevée. On utilisera donc la mesure de la température moyenne du moule par les thermocouples 5 et 6. Le signal représentant la moyenne des - -températures T2 et T3 mesurées est introduit dans le circuit de contre~réaction d 'un amplificateur 70 pour inyerser l'e~fet de variation de température, la sortie de l'amplificateur 70 est appliquée par l'intermédiaire de la résistance d'équilibrage 71 au circuit de réglage de-la base de temps 51 qui pilote le compteur 45. Une diminution de la température du moule conduira donc à une diminution de la période des impulsions comptées en 4S, et pour un même nombre ~4 affic~é ~ une diminution de la durée de la phase t4 terminée par 1'ouverture du moule. ~ -Bien entendu, l'invention-n'est pas strictement limitée au mode de réalisation qui vient d'être-décrit à-titre d'ex`emple, mais elle couvre égalem nt les réalisations qui n'en diffèreraient que par des détails, par des variantes d'exécu-tion, et par l'utilisation de moyens équivalents.
-20 On pourrait ainsi concevoir que chaque compteur 19 et 27, pilotant les phases tl et t2, soit muni d'une base de temps propre au lieu d'utiliser la même, on pourrait par exemple ~ ~;
ainsi apporter un degré de correction différent sur chacune des deux phases~ -On peut aussi utiliser une variante de détection de la formation de la peau à la fin de la phase t2, en utilisant une mesure de température différentielle. Dans cette yariante, qui fait l'objet des figures 4, 5 et 6, on remplace le thermo-couple 7 par deux thermocouples 75 et 76, disposés lég~rement-~
décalés en altitude, avec également le thermocouple supérieur -76 légèrement p:Lus en retrait (figure 4). Les thermocouples 75 et 76~enregistrent respectivement les températures T3 et T4.
'.~ - 10 -.
Les courbes de la figure 6 représentent l'évolution des températures T3 et T4 au cours d'une opération de coulée, et l'on voit que T4 est toujours en léger retard par rapport à
T3. Si l'on met ces deu~ thermocouples en opposition sur un appareil de mesure directionnelle, celui-ci détectera une ;
tension dans un sens pour la partie montante de la courbe, :~
puis nulle près du sommet lorsque les deux courbes de T3 et T4 se croisent, puis une tension inversée dans la partie descen- :
dante de la courbe. Or la peau commence ~ se former à l'inté-rieur du moule lorsque la température commence a décroitre.
C'est donc au passage ~ zéro de l'appareil de mesure diffé- ;
rentielle que l'on déclenchera la fin de la phase t2. Dans le schéma général de régulation modifié selon la ~ariante de la figure 5, le détecteur de seuil 62 sera alors un détecteur de zéro.
, ...-., , ' - 11 - ~ :
~ .
9g d) fin de solidifica-tion à la pression de repos et ouverture du moule.
Le procéde de l'invention est caractérise par le fait qu'on utilise des mesures de température du moule et de ~
température du métal dans le four de fusion pour régler la , durée des phases a) et b) dans le sens d'une réduction de durée pour une diminution de la température du moule ou de la tempé-rature du métal dans le four.
Selon une forme plus complète du procédé on utilise ~, aussi la mesure de température du moule pour régler la durée de la derniere phase de solidification dans le sens d'une réduc-tion de durée pour une diminution de,la température du moule.
- Selon une autre forme du procédé on ut1lise en outre une mesure de température du métal dans la partie supérieure du moule pour détecter son passage a la température de solidifi-cation et déclencher ainsi la fin de la deuxieme phase de remplis-sage.
Selon,enfin une autre amélioration au procédé on utilise en outre une mesure de la température du métal a l'entrée 20~ du moule pour détecter son passage a la temperature de solidi- , ~
~, fication, et déclencher ainsi la fin de la troisieme phase du cycle. -,L'invention s'applique aussi au dispositif~destiné
a la mise en oeuvre de ces diverses variantes~du procédé de ré-gulation.
L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant à un mode de réalisation particulier donné a titre d'exemple et représente par les figures annexees ou:
La figure l est un s~héma d'un moule par coulée basse , , pression.
La figure 2 illustre les variations de la tens,ion d'alimentation de la pompe électromagnétique en fonction du temps.
'~
~ _ 3 99 ':
La figure 3 est un schéma general du dispositif de regulation realise selon l'invention. `
Les figures 4 à 6 concernent une variante de reali-sation dans laquelle la mesure de temperature du metal a la partie supérieure du moule est r~alisé par mesure différentielle au moyen de deux capteurs associés. La figure 4 montre la dis-po$ition particulière des deux capteurs de température associés.
La figure 5 donne la variante correspondante du schéma gén8ral. ; ;
La figure 6 montre le sens de l'évolution des températures détec-tées par les deux capteurs.
~ n rappellera ci-apres les differentes phases de coulee en se référant aux ~igures 1 et 2. La figure 1 représente schematiquement un moule pour coulee basse pression, comportant un corps 1 et un couvercle 2. Le métal liquide est introduit dans le moule par le queusot 3. La figure 2 donne, en fonction du temps, pour les différentes phases d'une coulée, les variations de la tension d'alimentation-de la pompe électromagnétique, c!est-à-dire en définitive les variations de la hauteur de refoulement ~;
dans le moule, et par là la pression du métal dans le moule. ~-~- 20 A l'état de repos, le métal est maintenu a une ~ ~`
altitude légerement inferieure à celle de l~entree du moule par application sur la pompe d'une`tension U0 r~glee par un poten-tiometre.
Pour remplir le moule,on regle la tension à une valeur Ul pour obtenir une hauteur de refoulement legèrement superieure à l'altitude de la partie superieure du moule; ainsi lorsque le moule est rempli, la pompe etablit sur le métal une ~ `
légere pression correspondant à une masselotte de faible hauteur et ceci pendant un temps assez court, mais necessaire pour former une peau seulement contre les parois internes du moule, le reste du metal étant liquide. En fait, l'utilisation d'une pompe :. ~ . ' " , ''~
-9g electromagnetique permet dejà d'obtenir de meilleurs resultats en augmentant pro~ressivement la tension depuis la tension UO de '' repos jusqu'à la tension Ul, et en maintenant ensuite la tension Ul pendant le temps necessaire à la formation de la peau contre les parois internes du moule. On verra sur la figure 2 la première phase de remplissage proprement dit ~ vitesse d'entree ~ '-progressive pendant le temps tl, puis la deuxième phase pendant "
le temps t2 pour la formation de la peau. ~' La progressivite de l'augmentation de tension de à Ul est obtenue de façon usuelle par un-convertisseur analogique-digital permettant de decouper l'ecart de tension U0-Ul en inter-valles élementaires en nombre affiche par un présélecteur associé
à un compteur-horloge. Le compteur fait ainsi progresser la tension d'un niveau élémentaire ~ chaque intervalle de temps défini par la base de temps du compteur.
La troisième phase du moulage est une phase de '-refroidissement pendant laquelle la pleine tension U2 est appli- ' `'' quee sur la pompe electromagn~tique qui fournit sa pression ~ ;
` maximale de refoulement sur le metal liquide. La peau precedem- ;
ment formée empêche alors le metal dlentrer dans les fentes du ~ ' 3 moule correspondant à la jonction du corps et du couvercle et ainsi que dans les events de tirage d'air. Cette pression maxi- ~' - male est maintenue pendant que le métal se solidifie dans le moule. -Elle sera coupee, grâce-à une minuterie qui mesure le temps t3 necessaire, à l'instant où le front de solidification du métal ~ ' descend dans le queusot d'alimentation 3.
- La minuterie pourra être constituée par un compteur-horloge muni d'une base de temps et associe à un presélecteur de ' préreglage du temps t3.
Enfin, pendant une quatrieme phase la' tension appli-quée est ramenee 'a la valeur de repos UO, tandis que le moule sera maintenu ferme pour parfaire la solidification de la pièce pendant un temps t4 limite pour éviter un refroidissement tel ... . .
que la piece soit indémoulable. Ce temps t4 peut également être déterminé par une mlnuterie constituée par un compteur-horloge muni d'une base de temps et associe à.un pr~sélec~eur de préréglage du temps t4. ~
. Les signaux de sor*ie des compteurs qui commandent ~- . des varia~ions de tension sont appliqués à un commutateur agissant sur les circuits d'alimentation à tension variable de:la pompe, et par.exemple des circuits à thyristors;. le signal de sortie du compteur du temps t4 agira sur.les commandes.de fin de cycle par commande d'ouverture du moule.
On reviendrà maintenant à la figure 1 où.sont representes les différents capteurs de température sur le moule. Les capteurs-5 et 6 sont destines à mesurer les tem-peratures Tl et T2 du moule lui-meme. Le capteur 7 mesure la.
temperature T3 à la partie superieure du Dule. Le capteur 8 mesure la température T5 au queusot d'alimentation du moule.
~ .. E~_se xefer~ maintel~uLt à la ~itu~Q_3,on retrouv.era _ _~
1~1099 les organes usuels connus pour la commande d'un cycle de coulée basse-pression avec alimentation par pompe électro-magnétique. ~es trois tensions d'alimentation de la pompe des diverses phases du cycle sont fixées par les potentio-mètres 11, 12 et 13, où sont respectivement prélevées les tensions UO de repos, Ul de maintien pendant la formation de la peau, et U2 correspondant à la pleine pression pendant la solidification.
: . Les tensions U0 et U2 sont di~ectement amenées au commutateur analogique 15 qui commande la régulation à thyris-tors 16 de la tension d'alimentatian de la pompe électromagnéti-que 17. Par contre la tension Ul est amenée au commutateur 15 par l'intermédiaire du convertisseur digital-analogique 18 piloté par le compteur-horloge l9o Le compteur-horloge 19 est destiné à fixer la durée - de la phase tl par affichage d'un nombre Nl d'impulsions issues de la base de temps 20. Le préaffichage Nl est transmis par la connexion 23 au convertisseur 18 et définit le nombre de paliers de progreesion pour aboutir en fin de comptage ~ :
la tension Ul, chaque degré de comptage du compteur 19, mis en route par l'entrée de déclenchement Z3! est transmis par la connexion 24 et augmente d'un palier la tension transmise par le convertisseur 18 au commutateur 15. Le signal de sortie de fin de comptage, correspondant à l'obtention de la pleine tension Ul sur le commutateur 15 est transmis par 25 au commutateur pour déclencher-le maintien de la tension Ul `
; pendant la deuxième phase t2; en même temps le signal déclenche ~.
par 26 le démarrage du compteur 27, et par 28 la remise à zéro du compteur 19.
Le compteur 27 est destiné ~ fixer la durée de la phase t2 par préaffichage d'un nombre ~2 d'impulsions issues de la même base de temps 20. Le signal de sortie de fin de . - :
.
o9'~
comptage du compteur 27, correspondant à la fin de la phase t2 de formation de la peau, est transmis par 30 ~ la porte "OU" 31 dont le signal de sortie est lui~même transmis par 32 au commutateur 15 pour commander l'élévation à la valeur U2 :
de la tension d'alimentation de la pompe, en même temps le signal déclenche par 33 le démarrage du compteur 35, et par 36 la remise à zéro du compteur 270 Le compteur 35 est destiné ~ fixer la durée de la phase-t3, par préaffichage d'un nombre N3 d'impulsions .issues de la base de temps 38. Le signal de sortie de fin de comptage du compteur 35, correspondant à la fin de la phase t3 de solidification est transmis par 40 à la porte "OU" 41 dont le signal de sortie est lui-même transmis par 42 au commutateur :
15 pour commander le retour à la tension U0 de repos de la ; :.
pompe d'alimentation; en même temps le signal déclenche~par 44 le démarrage du compteur 45, et par 46 la remise à zéro ~:
du compteur 35.
"~, Le compteur ~5 est destiné.~ fixer la.durée de la dernière phase t4 par préaffichage d'un nombre N4 d'impul-.20 sions issues de la base de temps 51. Le signal de sortie de : -fin de comptage du compteur 45, correspondant à la fin de la . .
phase t4 de complément de solidification, est transmis par ~ :
47 au relais 48 du dispositif 49 de commande d'ouverture du moule, en même temps le signal déclenche par 50 la remise - ~ zéro du compteur 45.
A l'exception des portes 31 et 41, le disposltif qui vient d'atre décrit correspond pratiquement à un état connu de la technique, où la durée des quatre phases du cycle . est fixée uniquement par l'affichage des repères Nl, N2, N3 et N4. La nouveauté de l'invention consiste tout d'abord dans l'utilisation de mesures de température par les thermocouples 5, 6, 7 et 8 disposés sur le moule comme représenté à la , , ~L~01~9''~
figure 1, et par le thermocouple S5 de mesure de la température du métal dans le four de fusion. Le signal du thermocouple 55, représentant la température To du métal dans le four, est introduit dans le circuit de contre-réaction d'un amplifica-teur 57 pour inverser l'effet de la variation de température.
De meme le signal moyen des thermocouples 5 et 6, représe~tant la moyenne des températures T2 et T3 relevées sur un moule, et par conséquent la valeur moyenne de la température du moule, est introduit dans le circuit de contre-réaction d'un amplifi-cateur 59 pour inverser également l'ef~et de la variation de température. Les sorties des amplificateurs 57 et 59, par ;
l'intermédiaire de résistances d'équilibrage 60 et 61, sont appliquées au circuit de réglage de la base de temps 20 qui pilote les compteurs 19 et 27.
On voit donc que si pour une raison quelconque latempérature du four, ou la température du moule, vient à
diminuer, ce qui impose d'accélérer la vitesse d'entrée du métal dans le moule, le réglage de la base de temps 20 va être modifié dans le sens d'un raccourcissement de la période des impulsions. Pour un nombre Nl d'impulsions à compter il en résultera bien une diminution de la durée absolue du comptagej c'est-à-dire que le même nombre de paliers de ;~
progression de la tension Ul sera obtenu en un temps plus court, et la progression de la vitesse d'entrée du métal dans le moule sera accrue. De même la durée de la phase t2 de maintien à la tension Ul sera raccourcie par diminution de la durée des impulsions élémentaires comptées dans le compteur 27.
Mais on a également vu que la fin de la phase t2 ~ pouvait survenir dès la formation de la peau, c'est-à-dire dès formation d'une première solidification au contact des parois dans la partie supérieure du moule. On utilisera donc lCi, selon l'invention~ la mesure réelle de la température en haut du moule par le thermocouple 7. Le signal du thermocouple 7, représentant la température T3 est appliqué au détecteur de seuil 62 réglé pour détecter le passage de la température T3 à la température de solidification du métal; le signal de détection est appliqué par 64 à l'entrée de la porte OU 31, parallèlement au signal de ~in dè comptage du compteur 27. On voit qu'on peut alors ne plus util:iser le compteur 27 que comme un élément de sécurite, pour ne donner au commutateur 15 l'ordre de passage à la phase t3 que si la détection en 7 ou 62 de la solidification n'a pas fonctionné. Mais en fonction-nement normal on profitera donc de tous les facteurs qui auront pu conduire par exemple à une accélération de la solidification pour réduire d'autant la phase t2 et en défini--tive le cycle total de la coulée.
On retrouvera une disposition tout à fait équivalente pour la fin de la phase de solidification t3 qui peut être .
interrompue das que le front de solidification a atteint le queusot d'alimentation 3. On utilisera alors, selon l'inven-tion, la mesure réelle de la température au queusot par le 20 ~ thermocouple 8. Le signal du thermocouple a, représentant la température T5, est appliqué au détecteur de seuil 66 réylé
- pour détecter le pas`sage de la température TS à la température de solidification du métal; le signal de détection est appli-qué par 67 à l'entrée de la porte OU 41 parallèlement au signal de fin de comptage du compteur 35. Ici encore le compteur 35 peut ne plus être utilisé que comme un élément de sécurité
mais en fonctionnement normal on profitera de tous les facteurs qui permettent de réduire la durée de la phase t3, et en définitive du cycle total de la coulée.
Enfin, la durée de la dernière phase t4 de fin de ~-solidification sera elle aussi automatiquement réglée pour tenir com~te des conditions réelles de la coulée, de telle _ g _ ..;
. . :: ~ , ~`` 11011~99 sorte qu'elle évolue en sens inver9e de la température du moule, puisque la solidi~ication sera d'autant plu8 rapide que la température du moule sera moins élevée. On utilisera donc la mesure de la température moyenne du moule par les thermocouples 5 et 6. Le signal représentant la moyenne des - -températures T2 et T3 mesurées est introduit dans le circuit de contre~réaction d 'un amplificateur 70 pour inyerser l'e~fet de variation de température, la sortie de l'amplificateur 70 est appliquée par l'intermédiaire de la résistance d'équilibrage 71 au circuit de réglage de-la base de temps 51 qui pilote le compteur 45. Une diminution de la température du moule conduira donc à une diminution de la période des impulsions comptées en 4S, et pour un même nombre ~4 affic~é ~ une diminution de la durée de la phase t4 terminée par 1'ouverture du moule. ~ -Bien entendu, l'invention-n'est pas strictement limitée au mode de réalisation qui vient d'être-décrit à-titre d'ex`emple, mais elle couvre égalem nt les réalisations qui n'en diffèreraient que par des détails, par des variantes d'exécu-tion, et par l'utilisation de moyens équivalents.
-20 On pourrait ainsi concevoir que chaque compteur 19 et 27, pilotant les phases tl et t2, soit muni d'une base de temps propre au lieu d'utiliser la même, on pourrait par exemple ~ ~;
ainsi apporter un degré de correction différent sur chacune des deux phases~ -On peut aussi utiliser une variante de détection de la formation de la peau à la fin de la phase t2, en utilisant une mesure de température différentielle. Dans cette yariante, qui fait l'objet des figures 4, 5 et 6, on remplace le thermo-couple 7 par deux thermocouples 75 et 76, disposés lég~rement-~
décalés en altitude, avec également le thermocouple supérieur -76 légèrement p:Lus en retrait (figure 4). Les thermocouples 75 et 76~enregistrent respectivement les températures T3 et T4.
'.~ - 10 -.
Les courbes de la figure 6 représentent l'évolution des températures T3 et T4 au cours d'une opération de coulée, et l'on voit que T4 est toujours en léger retard par rapport à
T3. Si l'on met ces deu~ thermocouples en opposition sur un appareil de mesure directionnelle, celui-ci détectera une ;
tension dans un sens pour la partie montante de la courbe, :~
puis nulle près du sommet lorsque les deux courbes de T3 et T4 se croisent, puis une tension inversée dans la partie descen- :
dante de la courbe. Or la peau commence ~ se former à l'inté-rieur du moule lorsque la température commence a décroitre.
C'est donc au passage ~ zéro de l'appareil de mesure diffé- ;
rentielle que l'on déclenchera la fin de la phase t2. Dans le schéma général de régulation modifié selon la ~ariante de la figure 5, le détecteur de seuil 62 sera alors un détecteur de zéro.
, ...-., , ' - 11 - ~ :
Claims (9)
1. Procédé de régulation d'une opération de moulage d'un métal par coulée à basse pression dans un moule alimenté
par dessous par une pompe électromagnétique, opération compor-tant les phases suivantes à partir d'une position de repos dans laquelle le métal est maintenu à une altitude légèrement inférieure à celle de l'entrée du moule:
a) remplissage du moule, à vitesse croissante, par application d'une tension croissante sur la pompe et jusqu'à une tension correspondant à une hauteur de refoulement légèrement supérieure à celle du haut du moule, b) maintien de cette tension jusqu'à formation d'une peau contre les parois internes du moule, c) solidification avec application d'une pression accrue jusqu'à
ce que le front de solidification atteigne l'entrée du moule, d) fin de solidification à la pression de repos et ouverture du moule, caractérisé par le fait qu'on utilise des mesures de tempéra-ture du moule et de température du métal dans le four de fusion pour régler la durée des phases a) et b) dans le sens d'une réduction de durée pour une diminution de la température du moule ou de la température du métal dans le four.
par dessous par une pompe électromagnétique, opération compor-tant les phases suivantes à partir d'une position de repos dans laquelle le métal est maintenu à une altitude légèrement inférieure à celle de l'entrée du moule:
a) remplissage du moule, à vitesse croissante, par application d'une tension croissante sur la pompe et jusqu'à une tension correspondant à une hauteur de refoulement légèrement supérieure à celle du haut du moule, b) maintien de cette tension jusqu'à formation d'une peau contre les parois internes du moule, c) solidification avec application d'une pression accrue jusqu'à
ce que le front de solidification atteigne l'entrée du moule, d) fin de solidification à la pression de repos et ouverture du moule, caractérisé par le fait qu'on utilise des mesures de tempéra-ture du moule et de température du métal dans le four de fusion pour régler la durée des phases a) et b) dans le sens d'une réduction de durée pour une diminution de la température du moule ou de la température du métal dans le four.
2. Procédé de régulation selon revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise aussi la mesure de température du moule pour régler la durée de la phase d) dans le sens d'une réduction de durée pour une diminution de la température du moule.
3. Procédé de régulation selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise en outre une mesure de température du métal dans la partie supérieure du moule pour détecter son passage à la température de solidification et déclencher la fin de la phase b).
4. Procédé de régulation selon revendication 3, caractérisé par le fait que l'on mesure la température du métal dans la partie supérieure du moule par mesure différentielle de deux températures prises en des emplacements voisins l'un au-dessus de l'autre, le passage à la température de solidifica-tion étant alors détecté par annulation de la mesure diffé-rentielle.
5. Procédé de régulation selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait qu'on utilise en outre une mesure de la température du métal à
l'entrée du moule pour détecter son passage à la température de solidification et déclencher la fin de la phase c).
l'entrée du moule pour détecter son passage à la température de solidification et déclencher la fin de la phase c).
6. Dispositif de régulation d'une opération de moulage d'un métal par coulée à basse pression dans un moule alimenté par dessous par une pompe électromagnétique, disposi-tif destiné à la mise en oeuvre du procédé selon revendication 1, et comprenant:
- des moyens pour engendrer divers niveaux de tension d'alimen-tation de la pompe électromagnétique, - quatre compteurs horloges à pré sélection montés en série pour déterminer la durée des différentes phases a) à d) du procédé et les enchainer séquentiellement, - un commutateur analogique associé aux moyens de régulation de la tension d'alimentation de la pompe, commandé par les signaux de sortie des compteurs horloges relatifs aux phases a) à c), et destiné à appliquer sélectivement les tensions correspondantes à la pompe, - des moyens pour commander l'ouverture du moule, commandés par le compteur horloge relatif à la phase d), caractérisé
par le fait que le dispositif comporte en outre:
- au moins un capteur de température du moule et un capteur de température du métal dans le four de fusion, - un amplificateur inverseur associé à chaque capteur de température, et par le fait que les deux compteurs horloges relatifs aux phases a) et b) sont pilotés par une base de temps variable, elle-même liée aux signaux de sortie des amplificateurs.
- des moyens pour engendrer divers niveaux de tension d'alimen-tation de la pompe électromagnétique, - quatre compteurs horloges à pré sélection montés en série pour déterminer la durée des différentes phases a) à d) du procédé et les enchainer séquentiellement, - un commutateur analogique associé aux moyens de régulation de la tension d'alimentation de la pompe, commandé par les signaux de sortie des compteurs horloges relatifs aux phases a) à c), et destiné à appliquer sélectivement les tensions correspondantes à la pompe, - des moyens pour commander l'ouverture du moule, commandés par le compteur horloge relatif à la phase d), caractérisé
par le fait que le dispositif comporte en outre:
- au moins un capteur de température du moule et un capteur de température du métal dans le four de fusion, - un amplificateur inverseur associé à chaque capteur de température, et par le fait que les deux compteurs horloges relatifs aux phases a) et b) sont pilotés par une base de temps variable, elle-même liée aux signaux de sortie des amplificateurs.
7. Dispositif de régulation selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le compteur horloge relatif à la phase d) est piloté par une base de temps variable, elle-même liée au signal de sortie d'un amplificateur inverseur associé
au capteur de température du moule.
au capteur de température du moule.
8. Dispositif de régulation selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre:
- un capteur de la température du métal dans la partie supéri-eure du moule, associé à un détecteur de passage d'un seuil, - un circuit logique "OU" recevant à la fois le signal de sortie du compteur relatif à la phase b) et le signal de sortie du détecteur de passage de seuil, et dont le signal de sortie est appliqué à la fois au commutateur analogique et à l'entrée de déclenchement du compteur relatif à la phase c).
- un capteur de la température du métal dans la partie supéri-eure du moule, associé à un détecteur de passage d'un seuil, - un circuit logique "OU" recevant à la fois le signal de sortie du compteur relatif à la phase b) et le signal de sortie du détecteur de passage de seuil, et dont le signal de sortie est appliqué à la fois au commutateur analogique et à l'entrée de déclenchement du compteur relatif à la phase c).
9. Dispositif de régulation selon la revendication 6 ou 7,caractérisé par le fait qu'il comporte en outre:
- un capteur de température du métal à l'entrée dans le moule associé à un détecteur de passage d'un seuil, - un circuit logique "OU", recevant à la fois le signal de sortie du compteur relatif à la phase c) et le signal de sortie du détecteur de passage de seuil, et dont le signal de sortie est appliqué à la fois au commutateur analogique et à l'entrée de déclenchement du compteur relatif à la phase d).
- un capteur de température du métal à l'entrée dans le moule associé à un détecteur de passage d'un seuil, - un circuit logique "OU", recevant à la fois le signal de sortie du compteur relatif à la phase c) et le signal de sortie du détecteur de passage de seuil, et dont le signal de sortie est appliqué à la fois au commutateur analogique et à l'entrée de déclenchement du compteur relatif à la phase d).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MKEX | Expiry |