Procédé pour le coulage d'articles creux de section annulaire, en métal, et machine rotative à couler pour sa mise en #uvre. L'invention comprend un procédé pour le coulage d'articles creux de section annulaire, en métal, dans un moule rotatif, et une ma chine rotative à couler pour sa mise en #uvre.
Suivant ce procédé, on dispose le métal dans le moule en une bande hélicoïdale dont les spires successives se recouvrent partielle ment, le métal étant amené dans un conduit se terminant par un dégorgeoir dont au moins l'extrémité est désaxée par rapport à l'axe du moule rotatif.
Dans la machine pour la mise en couvre de ce procédé, le moule rotatif peut être mû le long d'un distributeur qui est alimenté en métal pendant toute la durée de la coulée, ce distributeur comportant un canal et, à une de ses extrémités, un organe constituant un dé gorgeoir pour déverser le métal, l'extrémité au moins de ce dégorgeoir étant désaxée par rapport à l'axe du moule. Cette machine com porte en plus un mécanisme commandant le mouvement du moule le long du distributeur.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, plusieurs formes d'exécution (le cette machine.
La fing. 1 est une coupe longitudinale et verticale d'une première forme d'exécution; La fig. 2 est une vue d'une partie de cette forme d'exécution à plus grande échelle; La fig. 3 est une coupe transversale et ver ticale selon la ligne 3-3 de la fig. 2; La fig. 4 est une vue partielle d'une coupe suivant la ligne 4-4 de la fig. 2; La fig. 5 est une vue en bout du dégor- geoir du distributeur; Les fig. G et 7 en sont respectivement des vues en plan et de côté; La fig. 8 est une vue de détail du méca nisme de commande de la machine;
Les fig. 9 et 10 sont des variantes de forme du dégorgeoir; La fig. 11 est une coupe longitudinale d'une deuxième forme d'exécution; Les fig. 12 et 13 en sont des vues de dé tails à plus grande échelle; La fig. 14 est une coupe transversale selon la ligne 14-14 de la fig. 12; La fig. 15 est une coupe transversale sui vant la ligne 15-15 de la fig. 16; La fig. 16 est une vue partielle de cette deuxième forme d'exécution; La fig. 17 est une vue en plan de cette forme d'exécution; La fig. 18 est une coupe transversale selon la ligne 18-18 de la fig. 17; Les fig. 19 à 22 sont des vues de détails de cette deuxième forme d'exécution;
La fig. 23 montre l'extrémité à dégorgeoir du distributeur en élévation latérale (comme les fig. 11 et 12) et également l'action du mé tal à sa sortie du dégorgeoir du distributeur et pendant la formation de l'article en fonte.
La première forme d'exécution (fig. 1 à 8) comprend un moule métallique rotatif 9, mon té de façon à pouvoir tourner, par exemple sur des roulements à billes ou autres organes de ce genre, non représentés sur les dessins. Le moule est entouré d'une chemise 10 et com porte, en arrière de cette chemise un pignon 11 pour la commande du moule. La chemise est disposée pour le refroidissement du moule par circulation d'eau, d'un bout à l'autre.
A son extrémité gauche, le moule comporte un anneau 12 qui est utilisé pour supporter une console annulaire pouvant servir, par exem ple, à empêcher la perte de métal fondu au delà des extrémités du moule, ou pour tenir en place un noyau pour évaser l'extrémité de l'article fondu, ou pour former un moyen d'extraction pratique de l'article fondu, ou pour tout autre but de ce genre et d'emploi courant en fonderie. La chemise 10, dans la quelle le moule est monté de manière à l'em pêcher de se mouvoir longitudinalement par rapport à celle-ci est supportée par un socle 13, de façon à permettre au moule de coulis ser longitudinalement sur ledit socle.
Cette machine comporte un distributeur 14, constitué par un canal découvert 15 qui court le long du distributeur. Le moule 9 est disposé dans le même axe que le distributeur. A une de ses extrémités, le distributeur 14 est fixé à un montant-support 16 monté sur le socle 13 et ouvert dans sa partie supérieure, ainsi due cela est indiqué à la fig. 3, au-des- sus du canal 15. L'autre extrémité du distri buteur comporte une pièce 17, faite, par exemple, en carbone durci moulé. Cette pièce 1.7 présente un canal constituant le dégorgeoir du distributeur qui est conformé ainsi que cela est représenté sur les fig. 5, 6 et 7, et dont les arêtes supérieures décrivent environ un quart de tour d'une hélice à très grand pas.
Il en résulte que, lorsque le métal en fusion est versé par le canal 1.5 du distributeur 1.4 au dégorgeoir, le métal est déversé dans le moule rotatif 9, en un point situé en dehors de son axe.
Un dispositif est prévu pour verser de façon continue, du métal fondu dans l'extré mité du distributeur qui est retenue dans le montant 16, de façon à. obtenir un écoulement continu du métal dans le moule. Ce dispositif comprend une plaque à . bascule 18 montée à pivot au-dessus du distributeur, transversale ment à l'appareil, comme indiqué en 19, sur une pièce 20 en porte-à-faux sur l'une des ex trémités du montant 16; un réservoir 21, ayant approximativement 1a forme d'un segment de cylindre de 90 monté à pivot sur la. plaque à bascule 1.8 au moyen d'un dispositif com portant deux saillies latérales qui reposent sur deux supports 22 (fi,-. \? et 4) et ayant dans sa partie supérieure une ouverture de déversement 23 qui correspond à une ouver ture semblable 24 de la plaque 18.
Un pignon hélicoïdal 25 est claveté sur l'arbre 19 soli daire de la plaque basculante 18 et une vis sans fin 26 est fixée sur un arbre vertical 27 en prise avec le pignon hélicoïdal. Pour incliner le réservoir 21 qui peut pren dre la position indiquée en 21' de la fig. 2, il suffit de donner un mouvement de rotation à, l'arbre 27, ce qui fait alors basculer la pla que 18 qui porte le réservoir.
Afin qu'on puisse s'assurer que la quan tité de métal fournie par le réservoir 21 au distributeur 14 compense toujours exactement du commencement à la fin de chaque coulée, la quantité de métal déversée au même mo ment par le dégorgeoir du distributeur, les di mensions de l'ouverture de déversement 23 du réservoir, la section transversale du réservoir pour toutes les positions qu'il peut occuper en pivotant avec la plaque 18 sur l'arbre 19 et la vitesse de coulissement du moule sont exac tement proportionnées.
Les deux parois laté rales du réservoir sont parallèles et perpen diculaires à l'axe de pivotement, la paroi qui est en contact avec la plaque 18 est plane et la paroi qui lui est opposée est cylindrique et a son axe de courbure coïncidant avec l'axe de pivotement de la plaque 18. Il en résulte qu'à tous les degrés d'inclinaison du réservoir 21 pendant le mouvement de sa position nor male à la position indiquée 21' sur la fig. 2, le niveau du métal fondu dans le réservoir a toujours une surface constante.
Le mouvement basculant continu du réservoir pendant le coulissement continu du moule 9 vers la gauche de la fig. 1, après le commencement de la coulée, est déterminé au moyen d'un dis positif de commande qui comprend le pignon hélicoïdal 25, la vis sans fin 26, et l'arbre ver tical 27, un pignon d'angle 28 solidaire clé l'extrémité inférieure de l'arbre 27, un pignon d'angle 29 en prise avec le pignon d'angle 28 et solidaire d'un arbre horizontal 30, un pignon d'angle 31 solidaire de l'autre extré mité de l'arbre 30, un pignon d'angle 32 en prise avec le pignon d'angle 31 et disposé pour tourner avec un arbre transversal 33 et un pignon droit, non visible sur les dessins, solidaire de l'arbre 33 et en prise avec une crémaillère 34 solidaire de la partie infé rieure de la chemise 10 qui supporte le moule 9.
Afin de pouvoir incliner le réservoir 21 de manière que le métal soit déversé dans le moule dès l'instant où il commence à coulis ser, le réservoir 21 est préalablement légère ment incliné pour remplir le canal 15 du dis tributeur d'un bout à l'autre, de façon à dé terminer un débordement clans le dégorgeoir à l'instant où le moule commence à coulisser vers la gauche de la fig. 1. Ce dispositif re présenté à la fig. 8 comporte une clavette 35 qui est fixée sur l'arbre 33 et a un certain jeu dans une rainure circulaire ménagée clans - le pignon 32.
Il en résulte qu'en commençant à mettre le mécanisme en action au début d'une coulée, l'arbre 30 et, par suite, l'axe de pivo tement 19 effectuent une légère rotation avant que l'arbre- 38 commence à tourner, après quoi, cependant, l'arbre 33 tourne constam ment avec l'arbre 30.
Pour permettre de déterminer exactement, immédiatement avant de commencer une cou lée, l'instant auquel le réservoir 21 est rempli au maximum nécessaire, une pièce 37 est fixée sur le réservoir, constituant le bras ou plon geur d'une balance à ressort 39 comportant un cadran fixe 40 avec calibrage approprié sur lequel une aiguille indicatrice 41 est mue par le bras ou plongeur 38 indiquant le poids du métal contenu dans le réservoir. De cette façon, il est facile de déterminer le contenu exact du réservoir, et même lorsque le revête ment réfractaire du réservoir comporte des parcelles de métal prématurément solidifié qui y adhèrent, comme cela peut arriver après plusieurs coulées, on peut tenir compte du poids de ces parcelles adhérentes en utilisant la balance à ressort conformément aux prin cipes bien connus du calcul des tares.
Afin de permettre d'accélérer .1a, vitesse d'écoulement du métal par le dégorgeoir du distributeur, un dispositif est prévu pour in cliner l'appareil entier par rapport à l'hori zontale, et pour maintenir l'appareil dans cette inclinaison pendant la coulée. Ce dis positif comprend un support à pivot central 42 et deux organes 43 disposés aux extrémités de l'appareil et de hauteur réglable.
La fig. 9 représente comme variante de détail une extrémité du distributeur qui est légèrement différente de celle représentée à la fig. 6; la différence réside principalement dans le fait que la pièce 17a présente des pa rois latérales qui forment la rigole 42 qui constitue la prolongation du canal 15 du dis tributeur 14. Ces parois sont recourbées clé manière à déverser le métal fondu dans le moule 9 dans la direction indiquée par la flèche 43, c'est-à-dire perpendiculairement par rapport à une génératrice de la paroi inté rieure du moule. La base de la rigole 42 est approximative ment plane et se trouve dans le même plan que la base du canal 15.
Une autre variante de détail est représen tée à la fig. 10. Le canal 42' de la pièce 17b à la sortie du distributeur 14 comporte aussi une base plane, comme la base du canal 42 de la fig. 9, mais la courbe de ce canal en plan est telle que le métal est déversé vers le moule dans le sens indiqué par la flèche 44, c'est-à-dire obliquement par rapport à une génératrice de la paroi intérieure du moule.
Les pièces de déversement représentées aux fig. 9 et 10 diffèrent l'une de l'autre essen tiellement par la direction d'arrivée du métal par rapport aux parois du moule 9, direction indiquée par les flèches 43 (fig. 9) et 44 (fig. 10); mais la distinction d'importance primor diale réside dans le fait que, tandis que le courant d'écoulement du dispositif de la. fig. 9 est situé dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du moule 9, le courant d'écoule ment du dispositif représenté par la fig. 10 est situé dans un plan incliné par rapport à un plan perpendiculaire audit axe de rotation du moule. Ce dispositif, représenté par la fig. 10 est celuiqui, en pratique, a donné les meil leurs résultats.
Dans la deuxième forme d'exécution de l'appareil (fig. 11), le moule rotatif 45 est monté, pour faciliter la rotation, sur des rou lements à billes 46. Ces roulements à billes sont semblables à ceux décrits dans le brevet N 89981, et qui sont disposés de manière à éviter le coincement des pièces lorsque le moule se dilate radialement à un degré plus fort que son palier support, comme cela arrivé dans la pratique. Ce support fait corps avec une chemise 47 comportant une chambre an nulaire 48 au moyen de laquelle le poule peut être refroidi constamment par circulation d'eau d'un bout à l'autre.
A son extrémité gauche, le moule comporte un anneau 49 qui forme la paroi extrême chu tuyau. tA son ex trémité droite, le moule comporte une pièce façonnée 50 pour former la surface extérieure de l'extrémité évasée (cloche) du tuyau et pour tenir un noyau d'évasement 51 et son support 52.
La chambre 47 est supportée pour le mou vement do coulissement axial relativement à un socle 53 et à un distributeur 54, par quatre roulettes 55 à pivot, montées sur la chemise et se mouvant sur les rails 5 7 qui font partie du socle 53.
Le dispositif qui détermine ce mouvement de coulissement de la chemise 47, qui sera dé signée ci-après comme enveloppe du moule 47, comprend un cylindre 58 assujetti au socle 53 et comportant un piston annulaire 59 et une tige de piston 60 creuse dont l'extrémité extérieure est fixée à un support 61 solidaire de l'enveloppe du moule.
Des dispositifs non indiqués sur 1e dessin sont prévus pour admettre de l'eau à volonté au côté droit ou au côté gauche du piston pour déterminer et régler les mouvements de va-et- v ient de l'enveloppe du moule.
Comme on le voit à la fi-. 17, le support 61 est creux et communique avec la tige de piston 60 et une conduite 62. L'eau est four nie constamment dans la conduite 62 par la tige de piston 60, qui est elle-même alimentée par une conduite 63 entourée par le piston 59 et la tige de piston. Cette conduite est fixée par une de ses extrémités au socle 53 comme indiqué sur la fig. 11; l'autre extrémité (non visible) est ouverte à l'intérieur de la tige de piston de sorte que, quand l'eau est amenée dans la conduite 63 par l'ouverture 6.1, elle est déversée dans le support. creux 61, quel que soit le mouvement ou la. position de l'enve loppe du moule 47.
La conduite 62, à sa sor tie du support creux 61, communique (fig. 17 et 18) avec les conduites 65 et 65a allant. à une soupape 66 et de là à une courte conduite 67 aboutissant à la. chambre annulaire qui entoure le moule. Cette eau remplit ladite chambre, et le trop-plein s'écoule par un ori fice de vidange 68 (fig. 11), ainsi que cela est décrit dans le brevet N' 89981.
La rotation du moule est aussi opérée par la force hydraulique. Le mécanisme de com mande comprend une roue de Pelton 69 fixée au moule et actionnée (fig. 17 et 19) par une tuyère 70 communiquant avec le support creux 61 par l'entremise des conduites 71, 72, 73 et 74. L'eau s'écoule par l'orifice de vi dange 75 (fig. 11).
Le distributeur 54 de ce système com porte un canal longitudinal 76 s'étendant d'un bout à l'autre, et pourvu à son extrémité d'une pièce 77 faisant office de dégorgeoir. Le distributeur est monté fixe sur le socle. Le dégorgeoir 77 est construit, comme expliqué ci-dessus, conformément aux principes de la fig. 10; il est représenté sur une échelle agrandie dans les fig. 12 et 13.
Comme indiqué sur la fig. 11, l'extrémité libre du dégorgeoir peut être légèrement re courbée vers le bas. L'alimentation continue du canal 76 en métal est faite par un réservoir 78 ayant sen siblement la forme d'un segment de cylindre de 90 . Ce réservoir 78 est fixé à un arbre pivotant 79, supporté par des paliers à la partie supérieure des montants latéraux 80 reliés par les traverses 81 et 82, auxquelles l'extrémité adjacente du distributeur est assu jettie. Le dispositif servant à soulever gra duellement le réservoir 78 comprend un bras 83 fixé sur l'arbre à pivot et pivotant sur l'ex trémité libre d'une tige de piston 84 dépendant d'un piston à commande hydraulique 85 qui fonctionne dans un cylindre 86 monté à pivot (fig. 16).
Il est vrai que dans cette méthode de soulever le réservoir, le mouvement du piston 85 à un degré de vitesse constant n'incline pas le réservoir d'une façon abso lument uniforme, car l'extrémité libre du bras 83 décrit un.arc lorsque l'on élève et abaisse le réservoir entre ses limites de mou vement.
La corde de cet arc étant verticale comme indiqué dans la fig. 22, à laquelle on pourra également se référer pour suivre cette description, il s'en suit que, tandis que le pis ton se meut à une vitesse uniforme, la vitesse du mouvement d'inclinaison du réservoir com mence par diminuer graduellement, puis aug mente graduellement en passant d'une posi tion extrême à l'autre; mais l'on peut facile ment remédier à cet inconvénient en confor- mant le revêtement réfractaire de façon à compenser la paroi cintrée du réservoir comme indiqué en 78' des fig. 16 et 22.
Afin de neutraliser la tendance du réservoi27 à s'incliner de plus en plus rapidement à me sure qu'il se vide, en raison de la diminution progressive du poids agissant sur le piston 85, on peut, par exemple, installer un contre poids réglable 87, ainsi que cela est repré senté à la fig: 16. Ce contrepoids est monté sur une barre 88 fixée au réservoir, de façon à se trouver verticalement au-dessous de l'ar bre à pivot lorsque le réservoir est dans sa position de charge.
Pour faciliter la fabrication de tuyaux de grandes dimensions, par exemple de 6 m sur 35 cm de diamètre, 12 distributeur, qui n'est monté fixe qu'à ane extrémité et doit avoir une grande rigidité d'un bout à l'autre, est refroidi par circulation d'eau des deux côtés et en dessous du canal 76. Ce refroidis sement peut être appliqué conformément au système et aux principes décrits au sujet du refroidissement de l'auget ou rigole, dans le brevet N 89981.
Par contre, pour la fabrication de tuyaux de diamètre relativement faible, tels que, par exemple, de 3,60 m sur 10 cm de diamètre, on utilise un système tel que celui représenté aux fig. 12 et 14.
Ce système de refroidissement du distri- buteur comprend une pièce tubulaire exté rieure 89 munie, à sa partie supérieure d'une ouverture longitudinale permettant de souder par exemple à l'autogène, contre les bords la- térauux de cette ouverture une enveloppe 90 constituée, par exemple, en tôle mince et qui s'étend presque sur toute la longueur du dis tributeur. Cette enveloppe contient la matière 91 dans laquelle est formé le canal 76.
Entre l'enveloppe 90 et la pièce tubulaire extérieure 89 est ménagée une chemise dont la section transversale a sensiblement la forme d'un U. Dans la partie inférieure de la chambre, en dessous de l'enveloppe se trouve une conduite 92 qui s'étend sur toute la longueur de la chambre. L'une des extré mités de cette conduite reçoit l'eau de re- froidissement d'une conduire d'admission 93 et l'autre extrémité débouche près de la sortie du distributeur. L'échappement de l'eau de refroidissement a lieu par des conduites 9.4.
Afin de pouvoir verser le métal fondu, contenu dans le réservoir 78, dans le distri buteur, à une vitesse élevée, sans qu'il soit nécessaire d'incliner toute la machine vers le dégorgeoir du distributeur, le canal de déver sement 95 du réservoir est surélevé au-des sus de l'extrémité réceptrice du distributeur, et une rigole inclinée est disposée sur le dis tributeur dans la position voulue pour rece voir le métal déversé par le réservoir et l'a mener en une coulée continue dans le canal <B>76,</B> à travers lequel il coule en un courant de section transversale constante, pendant le mouvement rotatif et axial du moule. A cet effet, il est préférable que la rigole inclinée aille en diminuant graduellement de largeur vers le bas.
Le fond de la rigole inclinée 96 est plat ü sa partie supérieure, puis prend peu à peu la. forme d'une courbe qui vient épouser celle du fond du canal 76 à l'extrémité réceptrice du distributeur, comme l'indique la fig. 12.
A ce propos, nous avons constaté que, bien qu'il soit à recommander de revêtir l'in térieur du réservoir 78 de matière réfractaire, comme il est expliqué au sujet de la fig. 1, l'on obtient des résultats parfaitement satis faisants en constituant la surface intérieure de la rigole 96 et le distributeur 54 en fonte, enduite de plombagine ordinaire ou de plom bagine mélangée avec du carborundum pul vérisé.
Au commencement du coulage d'un tuyau, le dégorgeoir se trouve à l'ex trémité du moule, l'enveloppe du moule est fixe et le moule tourne dans la direction de la flèche 97 (fig. 23). Puis dès que la, partie évasée du tuyau est formée, le mouvement relatif de l'enveloppe du moule et du distributeur commence, le piston 59 en trant en action à cet effet; l'arrivage du mé tal continue naturellement uniformément ,jus qu'à ce que l'enveloppe du moule soit arrivée assez loin clans la direction de la flèche 98 pour que le dégorgeoir se trouve vers l'extré mité gauche de cette dernière et que le tuyau puisse être terminé.
Pendant ce mouvement par lequel l'extrémité évasée du moule s'é loigne du dégorgeoir du distributeur, le tuyau est graduellement formé par le dépôt constant de nouveau métal dans le moule, comme l'in dique approximativement la ligne pointillée 99.
Par conséquent, la plus grande partie du métal s'accumule du côté de l'extrémité éva sée du tuyau, qui s'éloigne du dégorgeoir, au trement dit la plus brande partie du métal s'accumule sur le métal chaud déjà déposé, ce qui empêche ce dernier de se solidifier pré- maturément contre les parois du moule qui sont refroidies par la circulation d'eau, et évite la formation des striures superficielles sur la face extérieure du tuyau. Il s'en suit. que la surface extérieure du tuyau est abso lument lisse et presque glacée.
En outre, en inclinant ainsi le dégorgeoir à un angle oblique à un plan perpendiculaire par rapport à l'axe du moule, le métal est déversé de telle façon que la. partie la plus oxydée du métal frais 100 versé dans le moule est déposée et demeure par dessus la couche de métal précé demment déposée 101. La partie la. plus pure de la coulée de métal 10-2, c'est-à-dire celle qui coulait dans le fond du canal 78 du dis- tributeur est seule à venir en contact avec le moule.
Les oxydes de fer ou autres impuretés se trouvant dans la charge de métal sont dé posés au-dedans ou au-dessus de la couche de métal chaud précédemment- déposée, et lc:j irrégularités, noeuds et croûtes intérieurs dis paraissent. Pour illustrer ce point aussi clai rement que possible, la coulée 102 et le métal 100 ont été désignés sur la fig. 23 par des hâchures qui sont d'autant plus accentuées que le métal est moins pur. Les protubérance, demi-sphériques dont il a été également ques tion plus haut peuvent aussi s'éviter en fai sant usage d'un appareil construit d'après les principes de la fig. 11.
Grâce à la, rapidité du courant d'écoule ment 102 déterminée par la rigole inclinoe 96, on évite la formation de tourbillons de fines particules de métal en fusion tout autour de la coulée 102, lesquelles sont la cause détermi nante des protubérances demi-sphériques que l'on trouve dans l'intérieur des tuyaux quand on fait usage de l'appareil suivant fig. 1. Lorsqu'il se forme des tourbillons de fines particules, celles-ci se refroidissent partielle ment et se solidifient, et lorsqu'elles se dé posent alors sur la surface intérieure déjà re froidie partiellement du tuyau en formation, elles forment des petites protubérances.
On obtient les meilleurs résultats lorsque la rapidité d'écoulement est extrêmement éle vée, surtout si les organes sont disposés de telle sorte que la section de la coulée 102 soit réduite par rapport à la section de la coulée passant par le canal 76 du distributeur dans la proportion indiquée par les cercles en ligne brisée 103 et 104, le premier correspondant à la surface approximative de la section de l'écoulement du canal.
En exposant et en discutant plus haut la disposition préférable du système de refroi dissement du distributeur, selon fig. 12 et 14, il a été expliqué qu'un tel système de refroi dissement était recommandé pour les tuyaux de diamètre relativement réduit, par exemple 10 cm; il est évident que plus le diamètre du tuyau est petit, plus le diamètre extérieur de la partie du distributeur qui pénètre dans le moule pendant l'opération du coulage doit être petit.
Cependant, pour augmenter la solidité du dégorgeoir du distributeur lorsqu'on veut faire des tuyaux de diamètre plus réduit en core, tel que par exemple 5 cm, on peut pré voir un dispositif de support pour l'extrémité du distributeur adjacente au dégorgeoir. Dans ce dispositif, ladite extrémité du distributeur est supportée par le moule sans être en con tact direct avec lui.
En référence aux fig. 12 et 13, une paire de colliers sont fixés au distributeur, l'un étant solidaire du dégorgeoir 77 et l'autre, 105, étant fixé sur la pièce tubulaire 89. En outre, un anneau ou galet fou 106, interposé entre les deux collets est disposé de façon à tourner librement:
par rapport lu distributeur pendant toute l'opération du coulage. - Pour éviter que, sous l'effet de la force centrifuge, le métal fondu ne s'échappe acci dentellement du dégorgeoir et ne se répande en dehors de l'appareil lorsque l'enveloppe du moule 47 sur fig. 11 et 17 a atteint l'extrême limite de son mouvement vers la droite et lorsque le dégorgeoir se trouve placé à l'ex trémité gauche du meule, une fois le tuyau terminé, on a prévu un dispositif se compo sant d'un capot 107 boulonné à l'enveloppe du moule, et d'un bassin collecteur 108 muni de poignées 109 permettant de le suspendre à volonté aux crochets 110 fixés sur le capot.
Dans les formes de machines décrites ci- dessus pour la mise en aeuvre de ce procédé, la rapidité d'écoulement du métal et l'incli naison du jet de ce dernier par rapport à la périphérie intérieure du moule, ainsi. que la direction de rotation de celui-ci sont telles que tout le métal arrivant sur la paroi du moule se répand par sa propre inertie sur celle-ci, jusqu'à ce que l'effet combiné de la force cen trifuge et du frottement intermoléculaire dans le métal agisse de manière à immobiliser ce dernier par rapport au métal déjà déposé.
Il n'est pas nécessaire que le distributeur soit coaxial avec le moule. Lorsque le distri buteur n'est pas coaxial avec le moule, il n'est pas nécessaire d'employer un dégorgeoir cintré ou recourbé, le-métal étant alors sans autre moyen déversé à côté de l'axe du moule. .
L'inclinaison de l'axe du moule peut va rier de 0 à 90 .
Process for the casting of hollow articles of annular cross-section, made of metal, and rotary casting machine for its implementation. The invention comprises a method for casting hollow articles of annular cross section, made of metal, in a rotary mold, and a rotary casting machine for its implementation.
According to this process, the metal is placed in the mold in a helical strip, the successive turns of which partially overlap, the metal being brought into a duct terminating in a disgorger, at least the end of which is offset with respect to the axis. of the rotary mold.
In the machine for the setting of this process, the rotary mold can be moved along a distributor which is supplied with metal throughout the duration of the casting, this distributor comprising a channel and, at one of its ends, a member constituting a thimble for pouring the metal, the end at least of this disgorger being offset relative to the axis of the mold. This machine also carries a mechanism controlling the movement of the mold along the dispenser.
The appended drawing represents, by way of examples, several embodiments (this machine.
The fing. 1 is a longitudinal and vertical section of a first embodiment; Fig. 2 is a view of part of this embodiment on a larger scale; Fig. 3 is a transverse and vertical section taken along line 3-3 of FIG. 2; Fig. 4 is a partial view of a section taken on line 4-4 of FIG. 2; Fig. 5 is an end view of the disgorger of the dispenser; Figs. G and 7 are plan and side views, respectively; Fig. 8 is a detailed view of the control mechanism of the machine;
Figs. 9 and 10 are shape variants of the disgorger; Fig. 11 is a longitudinal section of a second embodiment; Figs. 12 and 13 are detail views on a larger scale; Fig. 14 is a cross section taken along line 14-14 of FIG. 12; Fig. 15 is a cross section taken along line 15-15 of FIG. 16; Fig. 16 is a partial view of this second embodiment; Fig. 17 is a plan view of this embodiment; Fig. 18 is a cross section taken along line 18-18 of FIG. 17; Figs. 19 to 22 are detail views of this second embodiment;
Fig. 23 shows the disgorger end of the dispenser in side elevation (like Figs. 11 and 12) and also the action of metal as it exits the disgorger of the dispenser and during formation of the cast article.
The first embodiment (Fig. 1 to 8) comprises a rotating metal mold 9, mounted so as to be able to rotate, for example on ball bearings or other members of this kind, not shown in the drawings. The mold is surrounded by a sleeve 10 and com carries, behind this sleeve, a pinion 11 for controlling the mold. The jacket is arranged for cooling the mold by circulating water from one end to the other.
At its left end, the mold has a ring 12 which is used to support an annular bracket which can serve, for example, to prevent the loss of molten metal beyond the ends of the mold, or to hold in place a core for flaring the mold. end of the molten article, or to form a practical means of extracting the molten article, or for any other such purpose and in common foundry use. The jacket 10, in which the mold is mounted so as to prevent it from moving longitudinally with respect to the latter, is supported by a base 13, so as to allow the grout mold to be longitudinally on said base.
This machine comprises a distributor 14, consisting of an uncovered channel 15 which runs along the distributor. The mold 9 is arranged in the same axis as the distributor. At one of its ends, the distributor 14 is fixed to a support post 16 mounted on the base 13 and open in its upper part, as shown in FIG. 3, above the channel 15. The other end of the distributor comprises a part 17, made, for example, of molded hard carbon. This part 1.7 has a channel constituting the disgorger of the distributor which is shaped as shown in FIGS. 5, 6 and 7, and whose upper edges describe about a quarter of a turn of a very large pitch propeller.
As a result, when the molten metal is poured through the channel 1.5 of the distributor 1.4 to the disgorger, the metal is poured into the rotary mold 9, at a point located outside its axis.
A device is provided for continuously pouring molten metal into the end of the distributor which is retained in the post 16, so as to. obtain a continuous flow of the metal in the mold. This device includes a plate. rocker 18 mounted pivotably above the distributor, transverse to the apparatus, as indicated at 19, on a part 20 cantilevered on one of the ends of the upright 16; a reservoir 21, approximately in the form of a 90 ° cylinder segment pivotally mounted on the. rocking plate 1.8 by means of a device comprising two lateral projections which rest on two supports 22 (fi, -. \? and 4) and having in its upper part a discharge opening 23 which corresponds to a similar opening 24 of plate 18.
A helical gear 25 is keyed to the shaft 19 integral with the rocking plate 18 and a worm 26 is fixed to a vertical shaft 27 in engagement with the helical gear. To tilt the reservoir 21 which can take the position indicated at 21 'in FIG. 2, it suffices to give a rotational movement to the shaft 27, which then tilts the plate 18 which carries the reservoir.
In order to be able to ensure that the quantity of metal supplied by the reservoir 21 to the distributor 14 always compensates exactly from the beginning to the end of each casting, the quantity of metal discharged at the same time by the disgorger of the distributor, the dimensions of the discharge opening 23 of the reservoir, the cross section of the reservoir for all the positions which it can occupy by pivoting with the plate 18 on the shaft 19 and the sliding speed of the mold are exactly proportioned.
The two side walls of the tank are parallel and perpendicular to the pivot axis, the wall which is in contact with the plate 18 is flat and the wall which is opposite to it is cylindrical and has its axis of curvature coinciding with the pivot axis of the plate 18. As a result, at all degrees of inclination of the tank 21 during movement from its normal position to the position indicated 21 'in FIG. 2, the level of molten metal in the tank always has a constant area.
The continuous tilting movement of the reservoir during the continuous sliding of the mold 9 to the left of FIG. 1, after the start of the casting, is determined by means of a positive control device which comprises the helical gear 25, the worm 26, and the vertical shaft 27, an angle gear 28 integral with key l lower end of the shaft 27, an angle pinion 29 engaged with the angle pinion 28 and integral with a horizontal shaft 30, an angle pinion 31 integral with the other end of the shaft 30, an angle pinion 32 in engagement with the angle pinion 31 and arranged to rotate with a transverse shaft 33 and a spur gear, not visible in the drawings, integral with the shaft 33 and in engagement with a rack 34 integral with the lower part of the sleeve 10 which supports the mold 9.
In order to be able to tilt the reservoir 21 so that the metal is poured into the mold as soon as it begins to slurry, the reservoir 21 is previously slightly inclined to fill the channel 15 of the dispenser from end to end. 'Another, so as to determine an overflow in the disgorger at the instant when the mold begins to slide to the left of FIG. 1. This device shown in FIG. 8 has a key 35 which is fixed to the shaft 33 and has a certain clearance in a circular groove formed in the pinion 32.
As a result, by starting to put the mechanism into action at the start of a casting, the shaft 30 and hence the pivot pin 19 rotate slightly before the shaft 38 begins to rotate. , after which, however, shaft 33 rotates constantly with shaft 30.
To make it possible to determine exactly, immediately before starting a casting, the instant at which the reservoir 21 is filled to the maximum necessary, a part 37 is fixed to the reservoir, constituting the arm or plunger of a spring scale 39 comprising a fixed dial 40 with appropriate calibration on which an indicator needle 41 is moved by the arm or plunger 38 indicating the weight of the metal contained in the tank. In this way, it is easy to determine the exact contents of the tank, and even when the refractory lining of the tank has patches of prematurely solidified metal adhering to it, as can happen after several pours, the weight of the tank can be taken into account. these adherent plots using the spring scale in accordance with the well known principles of tare calculation.
In order to make it possible to accelerate .1a, the flow rate of the metal through the disgorger of the distributor, a device is provided for inclining the entire apparatus with respect to the horizontal hori zontal, and for maintaining the apparatus in this inclination during casting. This positive device comprises a central pivot support 42 and two members 43 arranged at the ends of the device and of adjustable height.
Fig. 9 shows as a variant of detail an end of the distributor which is slightly different from that shown in FIG. 6; the difference lies mainly in the fact that the part 17a has side walls which form the channel 42 which constitutes the extension of the channel 15 of the distributor 14. These walls are curved key so as to pour the molten metal into the mold 9 in the direction indicated by arrow 43, that is to say perpendicular to a generatrix of the interior wall of the mold. The base of the channel 42 is approximately flat and lies in the same plane as the base of the channel 15.
Another variant of detail is shown in FIG. 10. The channel 42 'of the part 17b at the outlet of the distributor 14 also comprises a flat base, like the base of the channel 42 of FIG. 9, but the curve of this channel in plan is such that the metal is discharged towards the mold in the direction indicated by arrow 44, that is to say obliquely with respect to a generatrix of the interior wall of the mold.
The discharge parts shown in fig. 9 and 10 differ from each other essentially by the direction of arrival of the metal with respect to the walls of the mold 9, the direction indicated by arrows 43 (fig. 9) and 44 (fig. 10); but the distinction of primary importance lies in the fact that, while the flow current of the device of the. fig. 9 is located in a plane perpendicular to the axis of rotation of the mold 9, the flow current of the device shown in FIG. 10 is located in a plane inclined relative to a plane perpendicular to said axis of rotation of the mold. This device, represented by FIG. 10 is what, in practice, gave the best results.
In the second embodiment of the apparatus (fig. 11), the rotary mold 45 is mounted, to facilitate rotation, on ball bearings 46. These ball bearings are similar to those described in patent N 89981, and which are arranged so as to avoid jamming of the parts when the mold expands radially to a greater degree than its support bearing, as has happened in practice. This support is integral with a jacket 47 comprising an annular chamber 48 by means of which the hen can be constantly cooled by circulating water from one end to the other.
At its left end, the mold has a ring 49 which forms the end wall chu pipe. At its right end, the mold has a shaped part 50 to form the outer surface of the flared end (bell) of the pipe and to hold a flare core 51 and its support 52.
The chamber 47 is supported for axial sliding movement relative to a base 53 and to a distributor 54, by four swivel casters 55, mounted on the sleeve and moving on the rails 57 which form part of the base 53.
The device which determines this sliding movement of the sleeve 47, which will be referred to hereinafter as the envelope of the mold 47, comprises a cylinder 58 secured to the base 53 and comprising an annular piston 59 and a hollow piston rod 60 of which the outer end is fixed to a support 61 integral with the casing of the mold.
Devices not shown in the drawing are provided for admitting water at will to the right or left side of the piston to determine and regulate the reciprocating movements of the mold shell.
As seen in fi-. 17, the support 61 is hollow and communicates with the piston rod 60 and a pipe 62. Water is constantly supplied to the pipe 62 by the piston rod 60, which is itself supplied by a pipe 63 surrounded by the piston 59 and the piston rod. This pipe is fixed by one of its ends to the base 53 as indicated in FIG. 11; the other end (not visible) is open inside the piston rod so that, when the water is brought into the pipe 63 through the opening 6.1, it is discharged into the holder. hollow 61, regardless of the movement or the. position of the mold casing 47.
The pipe 62, at its exit from the hollow support 61, communicates (Fig. 17 and 18) with the pipes 65 and 65a going. to a valve 66 and thence to a short line 67 terminating at the. annular chamber which surrounds the mold. This water fills said chamber, and the overflow flows through a drain port 68 (Fig. 11), as described in patent No. 89981.
The rotation of the mold is also operated by hydraulic force. The control mechanism comprises a Pelton wheel 69 fixed to the mold and actuated (fig. 17 and 19) by a nozzle 70 communicating with the hollow support 61 via the pipes 71, 72, 73 and 74. The water flows through the drain hole 75 (fig. 11).
The distributor 54 of this com system carries a longitudinal channel 76 extending from one end to the other, and provided at its end with a part 77 acting as a disgorger. The dispenser is mounted fixed on the base. The drainer 77 is constructed, as explained above, in accordance with the principles of FIG. 10; it is represented on an enlarged scale in figs. 12 and 13.
As shown in fig. 11, the free end of the disgorger can be slightly bent downwards. The continuous supply of the metal channel 76 is made by a reservoir 78 having substantially the shape of a segment of cylinder of 90. This reservoir 78 is fixed to a pivoting shaft 79, supported by bearings at the upper part of the lateral uprights 80 connected by the cross members 81 and 82, to which the adjacent end of the distributor is attached. The device for gradually lifting the reservoir 78 comprises an arm 83 fixed on the pivot shaft and pivoting on the free end of a piston rod 84 depending on a hydraulically controlled piston 85 which operates in a cylinder. 86 pivotally mounted (fig. 16).
It is true that in this method of lifting the tank, the movement of the piston 85 at a constant degree of speed does not tilt the tank absolutely evenly, because the free end of the arm 83 describes an arc when the tank is raised and lowered between its limits of movement.
The chord of this arc being vertical as shown in fig. 22, to which reference may also be made to follow this description, it follows that, while the udder moves at a uniform speed, the speed of the tilting movement of the tank begins to gradually decrease, then increases. lies gradually when passing from one extreme position to another; but this drawback can easily be overcome by shaping the refractory lining so as to compensate for the curved wall of the tank as indicated at 78 'of FIGS. 16 and 22.
In order to neutralize the tendency of the reservoir 27 to tilt more and more rapidly as it empties, due to the progressive reduction in the weight acting on the piston 85, it is possible, for example, to install an adjustable counterweight 87, as shown in fig: 16. This counterweight is mounted on a bar 88 fixed to the tank, so as to be located vertically below the pivot shaft when the tank is in its position of. charge.
To facilitate the manufacture of large-dimension pipes, for example 6 m by 35 cm in diameter, 12 distributor, which is mounted fixed only at the end and must have great rigidity from one end to the other, is cooled by circulating water on both sides and below the channel 76. This cooling can be applied in accordance with the system and principles described in connection with the cooling of the trough or trough, in patent No. 89981.
On the other hand, for the manufacture of pipes of relatively small diameter, such as, for example, 3.60 m by 10 cm in diameter, a system such as that shown in FIGS. 12 and 14.
This distributor cooling system comprises an external tubular part 89 provided, at its upper part with a longitudinal opening making it possible to weld for example with autogen, against the lateral edges of this opening a casing 90 formed, for example, made of thin sheet metal and which extends almost over the entire length of the distributor. This envelope contains the material 91 in which the channel 76 is formed.
Between the casing 90 and the outer tubular part 89 is formed a liner, the cross section of which has substantially the shape of a U. In the lower part of the chamber, below the casing, there is a pipe 92 which s' stretches the entire length of the room. One end of this pipe receives the cooling water from an inlet pipe 93 and the other end opens near the outlet of the distributor. The cooling water is exhausted through pipes 9.4.
In order to be able to pour the molten metal, contained in the reservoir 78, into the distributor, at a high speed, without it being necessary to tilt the whole machine towards the disgorger of the distributor, the discharge channel 95 of the reservoir is raised above the receiving end of the distributor, and an inclined channel is disposed on the distributor in the desired position to receive the metal discharged from the tank and conduct it in a continuous flow into the channel < B> 76, </B> through which it flows in a current of constant cross section, during the rotational and axial movement of the mold. For this purpose, it is preferable that the inclined channel goes gradually decreasing in width towards the bottom.
The bottom of the inclined channel 96 is flat at its upper part, then gradually takes over. shape of a curve which matches that of the bottom of channel 76 at the receiving end of the dispenser, as shown in FIG. 12.
In this connection, we have found that, although it is to be recommended to coat the interior of the reservoir 78 with refractory material, as explained in connection with FIG. 1, perfectly satisfactory results are obtained by constituting the internal surface of the channel 96 and the distributor 54 in cast iron, coated with ordinary plumbagine or plom bagine mixed with verized pulverized carborundum.
At the start of pouring a pipe, the disgorger is at the end of the mold, the mold shell is stationary and the mold rotates in the direction of arrow 97 (Fig. 23). Then as soon as the flared part of the pipe is formed, the relative movement of the casing of the mold and of the distributor begins, the piston 59 being in action for this purpose; the flow of metal naturally continues uniformly, until the mold casing has reached far enough in the direction of arrow 98 so that the disgorger is towards the left end of the latter and the pipe can be finished.
During this movement by which the flared end of the mold moves away from the distributor disgorger, the pipe is gradually formed by the constant deposition of new metal in the mold, as approximately indicated by the dotted line 99.
Consequently, most of the metal accumulates on the side of the flared end of the pipe, which runs away from the drainer, in other words most of the metal accumulates on the hot metal already deposited. which prevents the latter from solidifying prematurely against the walls of the mold which are cooled by the circulation of water, and prevents the formation of surface ridges on the outer face of the pipe. It follows. that the outer surface of the pipe is absolutely smooth and almost icy.
Further, by thus tilting the disgorger at an oblique angle to a plane perpendicular to the axis of the mold, the metal is discharged in such a way that the. the most oxidized part of the fresh metal 100 poured into the mold is deposited and remains on top of the layer of metal previously deposited 101. Part 1a. purer of the metal casting 10-2, that is to say that which flowed in the bottom of the channel 78 of the distributor, is the only one to come into contact with the mold.
The iron oxides or other impurities in the metal charge are deposited in or on top of the previously deposited hot metal layer, and the interior irregularities, knots and crusts disappear. To illustrate this point as clearly as possible, the casting 102 and the metal 100 have been designated in FIG. 23 by hatching which is all the more accentuated as the metal is less pure. The half-spherical protuberances which were also mentioned above can also be avoided by making use of a device constructed according to the principles of fig. 11.
Thanks to the rapidity of the flow 102 determined by the inclined channel 96, the formation of vortices of fine particles of molten metal all around the flow 102, which are the determining cause of the semi-spherical protuberances, is avoided. which is found inside the pipes when using the device according to fig. 1. When vortices of fine particles form, they partially cool and solidify, and when they settle on the already partially cooled inner surface of the forming pipe, they form small protrusions. .
The best results are obtained when the flow velocity is extremely high, especially if the members are arranged such that the section of the casting 102 is reduced compared to the section of the casting passing through the channel 76 of the distributor in. the proportion indicated by the broken-line circles 103 and 104, the former corresponding to the approximate area of the section of the channel flow.
By exposing and discussing above the preferable arrangement of the distributor cooling system, according to fig. 12 and 14, it has been explained that such a cooling system was recommended for pipes of relatively small diameter, for example 10 cm; It is obvious that the smaller the diameter of the pipe, the smaller the outer diameter of the part of the distributor which enters the mold during the casting operation.
However, to increase the strength of the distributor's disgorger when it is desired to make pipes with an even smaller diameter, such as for example 5 cm, a support device can be provided for the end of the distributor adjacent to the disgorger. In this device, said end of the distributor is supported by the mold without being in direct contact with it.
With reference to fig. 12 and 13, a pair of collars are fixed to the distributor, one being integral with the disgorger 77 and the other, 105, being fixed on the tubular part 89. In addition, a ring or idler roller 106, interposed between the two collets is arranged so as to rotate freely:
relative to the dispenser during the entire casting operation. - To prevent, under the effect of centrifugal force, the molten metal accidentally escaping from the disgorger and spilling out outside the device when the mold casing 47 in fig. 11 and 17 has reached the extreme limit of its movement to the right and when the disgorger is placed at the left end of the grinding wheel, once the pipe is finished, a device is provided consisting of a cover 107 bolted to the casing of the mold, and a collecting basin 108 provided with handles 109 allowing it to be suspended at will from the hooks 110 fixed to the cover.
In the forms of machines described above for carrying out this method, the speed of flow of the metal and the inclination of the jet of the latter with respect to the inner periphery of the mold, as well. that the direction of rotation thereof are such that all the metal arriving on the wall of the mold spreads by its own inertia thereon, until the combined effect of the cen trifuge force and of the intermolecular friction in the metal acts so as to immobilize the latter with respect to the metal already deposited.
The distributor does not need to be coaxial with the mold. When the distributor is not coaxial with the mold, it is not necessary to use a curved or curved disgorger, the metal then being without other means discharged next to the axis of the mold. .
The inclination of the axis of the mold can vary from 0 to 90.