CA1173539A - Procede et dispositif d'automatisation d'un cycle de sechage sous air chaud de moules en sable - Google Patents

Procede et dispositif d'automatisation d'un cycle de sechage sous air chaud de moules en sable

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CA1173539A
CA1173539A CA000365600A CA365600A CA1173539A CA 1173539 A CA1173539 A CA 1173539A CA 000365600 A CA000365600 A CA 000365600A CA 365600 A CA365600 A CA 365600A CA 1173539 A CA1173539 A CA 1173539A
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CA000365600A
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Pierre L. Merrien
Pierre A. Merrien
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ETUDE ET DEVELOPMENT EN METALLURGIE
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    • B22C9/12Treating moulds or cores, e.g. drying, hardening

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Abstract

Procédé et dispositif permettant de régler la vitesse de séchage à l'air chaud d'un moule en sable au cours d'un cycle de séchage avant coulée, en particulier avant coulée en basse-pression. Le cycle est décomposé en phases caractéristiques associées à des paramètres particuliers. Le dispositif est un ensemble calculateur permettant d'obtenir ces paramètres. L'invention peut être utilisée pour le séchage des moules de fonderie, spécialement pour ceux qui concernent des pièces pour l'aéronautique.

Description

-~ 117~53~

La présente invention a pour objet la régula-tion d~ chauffage par air chaud de moules de fonderie pour divers alliages mais particulièrement l'aluminium et destinés à être coulés en basse-pression.
; 5 On sait que si l'on coule des moules en sable synthétique (silice, zircon par exemple liés par des résines organiques) sans les chauffer préalablement, on obtient des pieces avec des risques importants de défauts (soufflures, microporosités).
Le chauffage est généralement effectué en étuve pour les noyaux et au chalumeau pour les moules.
Le moule est ensuite remoulé et fermé avant la coulée.
Mais le chauffage au chalumeau est irrégulier, pour ne pas toucher toutes les surfaces et dans l'inter-valle de temps nécessaire au remoulage avant coulée, les produits volatils peuvent revenir vers l'empreinte.
Dans la coulée basse-pression de moules en sable, le métal est injecté de bas en haut par la surface inférieure au moule qui présente donc un orifice à
l'inverse des coulées par gravité. Par ailleurs, le moule n'ayant pas de masselottes, est sans orifice a la partie supérieure.
I1 est donc possible d'adapter a la partie inférieure une entrée d'air chaud ce qui permet:
- un chauffage sur moule remoul~, pret pour la coulée, - un chauffage centrifuge repoussant les produits volatils vers l'extérieur de l'empreinte, - une possibilité de couler dès l'interrup-tion du séchage.
Mais ces séchages sont conduits empiriquement, temps, températures, débits étant ceux retenus pour avoir donné de bons résultats. Ils doivent donc être établis statistiquement pour chaque type de piece.
Dans la présen~ invention le séchage à l'air chaud est régulé pour effectuer le séchage minimum en temps et en intensité permettant d'assurer des conditions satisfaisantes avant coulée sous basse-pression.
La méthode consiste en une décomposition de l'opération de séchage en diverses phases affectées de ' 15 paramatres et une régulation permettant d'obtenir ces , param~tres.
Le séchage sous air chaud de moules sable sous basse-pression comporte deux phases essentielles:
PHASE I. La concentration en matières volati-les re~te sensiblement constante ou monte puis repasse asa valeur d'origine.
PHASE II. La concentration décroit de cette valeur à la valeur o.
Dans le procédé on remplace cette phase II de décroissance vers zéro par une PHASE III de décroissance lente de la concentration qui constitue un maintien avant coulée; le séchage est considéré comme satisfaisant ~,~
......
'~ 1173539 à la fin de la phase ~, des le passage au dessous de la valeur d'origine.
Cette faible vitesse de décroissance pour assurer le maintien avant coulée est introduite dans un p.ilote pour asservir une vanne automatisée qui commande l'arrivee d'air dans le moule.
Dans les dessins:
- la figure 1 représente le dispositif de séchage selon l'invention;
- la figure 2 montre les deux phases essentielles I et II ainsi que la phase III de décrois-sance; et -- la figure 3 est un schéma représentant l'ensemble de la regulation.
La réalisation comprend selon figure:l :
- un moule en sable (1) - posé sur une plaque (2) - avec son empreinte (3) - son système de coulée (4) - son c8ne d'entrée (5) - une canalisation d'air chaud (6) - un tube d'entrée d'air dans le moule ~7) - une vanne automatisée (8) - un dispositif de mesure avec une cloche (9) - une électrode de dosage (10) - un enregistreur de concentration (11) :~ .
:, ' ., , ; . ' ~

- un pilote d'automatisation (12) - un circuit de commande (13)~ de la vanne automatisée (8) par le pilote (12) Le PILOTE comprend:
- un ensemble ent:rées-sorties - un ensemble calculateur - un ensemble mémoires et peut être constitué autour de microprocesseurs et d'horloges électroniques.
ENSEMBLE ENTREES-SORTIES. Il y est introduit les paramètres de la courbe de base (figure 2), soit:
- la Vitesse V3 de diminution de concentration en matieres volatiles - l'intervalle de temps de mesure QT
La concentration ~ l'origine CO est prise comme zéro deans le système.
ENSEMBLE CALCULATEUR
- reçoit l'indication de variation de concen-tration réelle dans le temps aT soit QCR.
- calcule la variation théorique de concentra-; tion a obtenir dans le meme intervalle ~T par la relation:
hCT = V3 QT
- compare aCR et acT
- commande - la fermeture de la vanne automa-tisée si ~CR~ QCT
- l'ouverture de la vanne si QCR ~ acT
,~
. ' ~ . , ~L173539 L'objectif du procédé est la régulation du séchage a l'air chaud afin d'obtenir le séchage appro-prié à chaque type de pièce avec le minimum de temps et de dépense énergétique.
A cet effet, on régule essentiellement le débit d'air chaud envoyé dans le moule à sécher pendant une durée prédéterminée comprenant un point de départ (temps t~) et un point d'arrivée (temps t~). Pendant cette durée on contraint la courbe de variation de la concentration en matières volatiles extraites du moule (concentration mesurée en 9, 10) à s'aligner sur une courbe dite optimale pour le type de moule considéré
et le type d'alliage considéré.
Cette courbe optimale est variable selon les types de moule et d'alliage et est déterminée au préalable puis mémorisée dans le pilote 12. Elle sert de référence au pilote.
Le point de départ du pilotage est pris, arbitrairement, au moment o~ la concentration C
Z~ (Fig. 2) après être passée par un maximum repasse à la valeur C. d'origine. On pourrait prendre un autre point sur la courbe de variation de la concentration en fonction du temps. Pendant la phase I de séchage le pilote 12 n'est pas en action. La concentration d'origine, c'est-à-dire au départ du séchage, a une certaine valeur C. Lorsque la concentration instantanée ~, !
-' ~' 1173539 mesurée en 9,10 augmente puis diminue au cours du sechage elle va, à un certain moment, repasser par la caleur C..
C'est ce moment qui est choisi comme instant t~ pour mettre le pilote 12 en action. A partir de cet instant la courbe de la concentration suit la courbe en tiretes III de la Fig. 2 au lieu de la courbe habituelLe en trait plein de la phase II. Cette courbe est celle imposée par le pilote et correspond à la courbe consi-dérée comme optimale pour les types de moule et d'al-liage considérés. De même, l'arrêt du séchage à l'ins-tant t~ s'op8re en un point de la courbe en tiretes IIItel qu'a cet endroit le séchage, pour les types de moule et d'alliage, est considéré comme pleinement satisfaisant. Le point d'arr8t t~ sur la courbe III
peu~ var.ier dans de larges mesures et n'est pas repré-senté sur la Fig. 2.
L'état de séchage du moule a la fin de laphase I, c'est-a-dire quand la concentration C repasse a la valeur C. en décroissant (le pilote 12 n'~tant pas en service~ n'est satisfaisant que dans un tres petit nombre de cas. Dans la plupart des cas, il faut aller b,ien au del~ et le procédé selon la demande offre le meilleur rapport coût/qualité grâce au pilote 12.
L'état satisfaisant ou non satisfaisant du séchage dépend de l'état de surface superficiel d'échan-tillons de coulée de l'alliage considéré dans le mouleadéquat.
.
, ~
-~ 1173S39 C'est pourquoi, pour chaque cas, des échantillons~ de coulée sont réalisés et analysés en ce qui concerne leur état de surface afin de déterminer la courbe optimale de séchage et l'instant optimal d'arrêt S du séchage.
L'état de surface s'analyse habituellement par le procédé dit du ressuage fluorescent ( fluorescent sweating) consistant a détecter les microporisités à la surface de la pièce coul~e. Ceci s'opère par un examen visuel de la surface sous un éclairage ultra-violet.
A cet effet, l'échantillon de coulée est immergé dans une huile fluorescente puis lavé a l'eau pour enlever l'exces d'huile. Enfin, on poudre la surface de talc ou de silice. L'huile fluorescente qui a pénétré dans les défauts de surface n'est pas enlevée par le lavage et dessine sur le talc sous les rayons W la forme des défauts. Le plus ou moins grand nombre de défauts de surface illustre bien l'état du séchage du - moule.
Les corrélations dont il s'agit sont celles existant entre l'état du surface d'échantillons de coulée et le degré de séchage du moule ayant servi a la réali-sation de ces échantillons. Cette technique est empirique mais permet de bien déterminer l'état de siccité
satisfaisant et acceptable de chaque moule en ~onction de chaque type de moule et de chaque alliage a aouler.
'3 .~,"
,.,,.. ~ . ' ' ' . - - ' - , , 3S3g Au cours de la phase III, à tout instant t le long de l'éch.elle des temps entre la valeur de départ t~ et la valeur d'arrivée t~, le pilote va comparer ::
la valeur de la concentration C mesurée en 9,10 a la valeur correspondant au temps t considéré pour la courbe optimale affichée dans le pilote 12 correspondant elle-meme au type de moule utilisé et au type d'alliage considéré. Selon le sens du résultat de la comparaison (.voir Fig. 3) le pilote agit automatiquement sur la vanne 8 pour contraindre la variation de la concentra-tion a coller au plus près à la courbe prédéterminée ; comme optimale et mémorisée en tant que référence dans 1~ pilot~ 12.
, ~.
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,~ ~ .
'' ' . ' , ' ' :i ' . ' ', : ' ' ' '

Claims (7)

Les réalisations de l'invention au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendique, sont définies comme il suit:
1. Procédé automatique sous air chaud de moules en sable destines en particulier à la coulée sous basse-pression, ceux-ci présentant une ouverture a la partie inférieure et n'ayant pas d'orifice à la partie supérieure, le cycle de séchage étant décomposé
en phase de base et les paramètres attachés à ces différentes phases étant déterminés dans le stade de mise au point par enregistrement de cycles et établis-sement de corrélations entre ces enregistrements et les microporosités à la surface d'une pièce type, décelées en ressuage fluorescent; le procédé étant caractérisé
par la régulation de l'entrée d'air chaud de manière à assurer la concordance entre les paramètres retenus et ceux réellement obtenus lors du déroulement du cycle de séchage.
2. Procédé selon revendication 1 caractérisé
en ce que le cycle se séchage comporte deux phases de base: une première phase durant laquelle la concentra-tion en produits volatils de l'air receuilli à
la partie supérieure du moule est supérieure ou égale à celle de la valeur à l'origine; et une seconde phase durant laquelle la concentration baisse lentement pour maintenir le moule jusqu'à la coulée.
3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il consiste a déclencher les phases par une électrode de dosage des matières volatiles.
4. Dispositif destiné à réaliser le procédé
décrit dans la revendication 1 caractérisé par :
- un ensemble entrées-sorties qui transforme les indications données sous forme numérique pour les paramètres de séchage; et - un ensemble calculateur capable de transformer la vitesse de décroissance de la concentration en varia-tion et de réguler le débit d'entrée d'air dans l'em-preinte du moule pour obtenir une variation identique à celle demandée à partir des indications de la courbe type mises dans un ensemble mémoires.
5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'il est constitué comme un appareil autonome à partir de composants tels que zones codeuses, microprocesseurs, mémoires pour lui donner les carac-téristiques d'un appareil d'atelier.
6. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé par le fait qu'il régule plusieurs sécheurs.
7. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé par le fait que les différents sécheurs sont raccordés sur une même canalisation d'alimentation d'air.
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