EP0206967B1 - Process and device for isostatic low-pressure casting - Google Patents
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- EP0206967B1 EP0206967B1 EP86450013A EP86450013A EP0206967B1 EP 0206967 B1 EP0206967 B1 EP 0206967B1 EP 86450013 A EP86450013 A EP 86450013A EP 86450013 A EP86450013 A EP 86450013A EP 0206967 B1 EP0206967 B1 EP 0206967B1
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
- B22D18/04—Low pressure casting, i.e. making use of pressures up to a few bars to fill the mould
Definitions
- the present invention relates to a new low-pressure casting process according to the preamble of claim 1 intended in particular to allow with the same installation the casting of alloys subjected to very different conditions such as in particular the alloys of aluminum and magnesium and a low pressure casting machine according to the preamble of claim 6.
- Such a method and such a machine are for example known from DE-B 2 703 657, on which the preambles of claims 1 and 6 are based.
- the molds used can be permanent (in this case, they are made of cast iron or steel, or graphite) or non-permanent and they are destroyed, in this case, after casting to release the part.
- These non-permanent molds are made of chemical sands, ceramic or plaster.
- the alloys used are generally those of aluminum, the applications for the automobile being very important, but also those of magnesium and copper (brasses, bronzes). In addition, significant developments are taking place for cast irons and steels.
- the gas used to pressurize the oven is generally air, it could be nitrogen to prevent oxidation of the surface. Furthermore, the development of the aluminum alloy and the operation in air can introduce hydrogen into the alloy due to the humidity of the fusion products, that of the ambient air and that of the air in the oven. It is therefore necessary to degas the metal at the end of production and in the course of the casting process.
- the operation can be done by chemicals (special fluxes, chlorine, axote ...) or by the application of a vacuum of a few millibars on the surface. In this case, it may therefore be advantageous to carry out the vacuum in the casting furnace under low pressure.
- two ovens can be available, one in the casting operation, the other in the degassing operation and which replaces the first when the latter is empty.
- the two ovens are therefore mobile on rails.
- Mobile ovens are known and there are also low pressure aluminum casting furnaces designed to support the vacuum.
- the pressure-tight outer shell also ensures vacuum resistance.
- One of the drawbacks of this formula is that the mass of refractory and insulating material which supports the resistances of the furnace and ensures its thermal insulation must reach the desired level of vacuum.
- it is porous, stores a large capacity of gas, even humidity, and it must be permanently maintained at a temperature above 80/100 ° C after having dried it for a long time, for several days before the first setting service.
- these materials are frequently fibrous or powdery and are entrained towards the vacuum pumps.
- FIG. 1 is shown in 1 the outer envelope, waterproof; in 2 the fixed cover linked to this envelope; at 3 the movable cover; in 4 resistances; in 5 the refractories carrying the resistances; in 6 the insulators; in 7 the protective sheet open at its lower part; in 8 the crucible; in 9 the metal; at 10 the injection tube; at 11 the entry of pressurizing air; at 12 the air outlet for decompression; at 13 the air outlet for evacuation; at 14 the metal discharge outlet in the event of the crucible breaking; insulating the cover; at 16 and 17 seals; at 18 a connecting nozzle; at 19 the fixed plate of the casting machine, and at 20 a mold.
- this gas which is a fluoride breaks down the materials of the refractories and insulators which are generally based on silicon compounds (silico-aluminous in particular). It is therefore necessary to isolate the SF6 from the refractories and the low-pressure magnesium casting machine must have a sealed inner casing which can serve as a crucible containing the metal.
- FIG. 2 The diagram of such a machine is given in FIG. 2 on which the envelope has been represented at 1 ' outside of the oven which no longer performs a sealing role; in 2 'the crucible which contains magnesium; in 3 'the cover; in 4 'resistances; in 5 'the refractories; in 6 'the insulators; in 7 'the molten magnesium alloy; at 8 'the injection tube; in 9 'the special layer nozzle with protective gas; in 10 'the entry of the SF6-based gas diluted in the connection nozzle; in 11 ′ the entry of SF6 into the furnace for setting in motion of the metal; in 12 'the outlet of the decompression gas; at 13 'the seal; in 14 'the fixed plate of the machine, and in 15' the mold.
- the crucible 2 ′ contains the metal at around 750 ° C. and its outer wall is heated by the resistors. At each cycle it withstands thermal fatigue forces with an internal overpressure which is generally from 0.6 bar to 1 bar. Added to these efforts are the risks of corrosion, which are limited for diluted SF6 only by the use of steel with a high chromium content. We are therefore led to crucibles of great thickness which can be of the order of 20 mm, expensive, difficult to handle, working in conditions which are not without danger.
- magnesium alloys are not subjected to degassing under vacuum because they distill and pass into the vapor state under still notable pressures, frequently of the order of 60 millibars.
- the subject of the invention is a low-pressure casting process in which a mold is filled from below with an alloy or a liquid metal contained in a hermetically closed heating oven, the alloy rising in the mold by through an injection tube and under the action of a discharge fluid pressure, said method being characterized in that it consists in separating, inside the furnace, the crucible containing the alloy or liquid metal, electrical heating and thermal insulation elements by a metallic, waterproof envelope supporting said crucible, to be ensured during the various phases of the casting until the solidification of the casting is sent fluid on the side of said envelope opposite to the crucible and to vary the pressure of this fluid in correspondence with that prevailing above the level of the crucible liquid so as to permanently establish a pressure balance on either side of said envelope .
- the invention also relates to a casting machine for implementing the above method and in particular an improved machine intended for non-permanent molds.
- FIGS. 3 and 4 of the appended drawings respectively representing a schematic sectional view of a mobile mold casting machine and an elevation view with axial vertical half-section of a machine according to the diagram in FIG. 3.
- FIG 3 there is shown at 21 the outer shell of a furnace, pressure and vacuum tight. Inside the oven is arranged, supported by an internal sealed envelope 22, a crucible 23 (in graphite or silicon carbide for aluminum, in steel for magnesium) containing the metal 24 in the liquid state (alloy of aluminum or magnesium).
- the inner casing 22 is made of chrome steel resistant to corrosion by SF6.
- the electric heating resistors 25 are arranged outside the casing 22 as well as the refractories 26 and the thermal insulators 27.
- the oven cover consists of a fixed annular cover 28 linked to the outer casing 21 and made of chrome steel in its part in contact with SF6 and of a movable cover 29 made of chrome steel, disc-shaped and removably attached to the annular cover 28.
- the cover 29 is provided on its internal face with an insulator 30.
- An injection tube 31 passes through the cover 29, plunges into the liquid metal 24 of the crucible and is surmounted by a connecting nozzle (32 for magnesium, 33 for aluminum).
- the oven is overhung by a horizontal fixed table supported by four pillars 35 and above which a mold 36 can move, carried by a carriage 37 circulating on two parallel rails 38 arranged horizontally on either side of the fixed table 34.
- FIG. 4 shows an industrial embodiment of the machine shown schematically in Figure 3
- the rails 38 are supported by the rods of four hydraulic cylinders 39 arranged vertically and fixed on consoles integral with the four pillars 35 carrying the table 34.
- FIG. 4 is shown at 40 the wheels of the mold carrier carriage 37, circulating on the rails 38 and fixed laterally to the lower plate 41 on which the mold 36 rests.
- a regulating or piloting device symbolized at 42 in FIG. 3 is responsible for piloting and coordinating the operations prior to casting, then the operations specific to casting and finally those subsequent to casting.
- the apparatus 42 is connected to a valve 43 interposed in a pipe for supplying gas for internal pressurization of the space 1 above the liquid of the crucible 23 (or for placing said space under vacuum).
- the connection with the space 1 is made by a conduit 44 formed in the thickness of the fixed annular cover 28.
- conduits such as 44 (and three corresponding valves 43) assigned respectively to the inlet of said gas. pressurization, its extraction and vacuum.
- the device 42 is connected to a valve 45 for entering and leaving the pressurizing (or vacuum) gases of the space II between the internal envelope 22 and the external envelope 21.
- the connection with the space It is made by a conduit 46 formed in the thickness of the annular cover 28.
- the apparatus 42 is also connected, on the one hand, to a sensor 47 for pressure in space 1 and, on the other hand, to a sensor 48 for pressure in space II.
- a presence sensor 49 detecting the passage of the metal, constituted for example by an insulated metal wire stripped at its end, and connected to the regulating device 42.
- the upper end of the pouring nozzle 33 is provided with an asbestos washer 50 capable of being interposed between said nozzle and the orifice 51 for the passage of liquid metal in the plate 41 supporting the mold 36.
- two sensors 52 connected to the apparatus 42 and intended to inform the latter that the mold 36 is correctly and sealingly placed above the pouring nozzle 33.
- FIGS. 3 and 4 it is an aluminum alloy casting for which the nozzle 33 is used.
- the sensors 52 consist for example of a conductive tip projecting from the underside of the plate 41, inserted without an insulating sleeve and connected by an insulated wire to the device 42. Said tips are capable of passing through the thickness of the asbestos 50 and, in contact with the underlying metal nozzle 33, to supply an electrical signal to the device 42.
- the latter is connected to a device for locking the carriage 37 mold carrier in the casting position, consisting (FIG. 4) of horizontal pins 53 arranged on either side of the table 34, orthogonally to the latter.
- the pins 53 are moved by jacks 54, or other means of movement, mounted on supports integral with the table-holder frame.
- the pins 53 are engaged both through holes made in lateral angles 55 integral with the plate 41 of the carriage and in centering holes made in the edge of the table 34 .
- the apparatus 42 directs the movement of the carriage 37 from sensors 56 (for example contactors with elastic blades) fixed on the table 34 and the rails.
- the jacks 39 are lowered, the carriage is applied to the pouring nozzle 33.
- the device 42 locks the carriage and the mold on the table 34 of the machine with the aid of jacks 54 and pins 53, while the sensors 52 inform the device 42 that the application, therefore the seal, is obtained.
- the apparatus 42 then initiates the casting according to the arrangements given below by directing the pressure in the two chambers 1 and II.
- the apparatus 42 causes the valves 43 and 45 to open for the admission of gases into the two chambers l, ll.
- This device 42 may be of the same type as that described in French patent No. 79 17317 or in French patent No. 82 00115 and may include a microprocessor, a memory assembly and an input-output assembly.
- the pressure sensors 47 and 48 it opens and closes the valves 43 and 45 to maintain the equality of pressure between the two enclosures I, II.
- the device 42 When the metal reaches the level of the presence sensor 49, the device 42 records the pressure of each enclosure 1,11 as a zero reference and then changes the pressures above this reference according to the indications which could have been stored in the appliance 42.
- the envelope 22 which has its two inner and outer walls at the same pressure is therefore not subjected to expansion forces due to the pressure.
- the device 42 giving the opening-closing orders to the gas outlet valves which are in the same configurations as the valves 43 and 45.
- the decompression is also controlled by the device 42 to maintain the pressure balance on the two faces of the envelope 22.
- this residual pressure reaches a determined value calculated by the apparatus 42 as a function of the pressure recorded on passage to the sensor 49 and of the weight of metal cast for the part obtained, the apparatus 42 maintains this value so that the metal remains at a constant level 57 at the top of the tube 31.
- This arrangement prevents the metal from falling into the injection tube 31, towards the crucible, an operation which results in the formation of oxides which are carried to the workpiece during the ascent of the metal in the tube for the next pour.
- the conduits 44 and 46 are connected to pumping circuits which carry out the vacuum in the two enclosures I, II.
- the pressure sensors 47 and 48 give the information to the device 42 so that it opens or closes the valves 43 and 45 to maintain the pressure identity on the two faces of the inner envelope 22. This arrangement avoids deformations by "suction" of this envelope.
- the device 42 obviously does not have to control the closing and the sealing of the mold on the pouring nozzle.
- the machine shown in FIGS. 3,4 can be used both for the casting of aluminum alloys as illustrated above and for the casting of magnesium alloys.
- the gas sent to enclosure I is air or nitrogen and, in the case of magnesium, sulfur hexafluoride. In both cases, the gas sent into the enclosure It may be air.
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Description
La présente invention a trait à un nouveau procédé de coulée sous basse-pression suivant le préambule de la revendication 1 destiné en particulier à permettre avec la même installation la coulée d'alliages soumis à des conditions très différentes telles qu'en particulier les alliages d'aluminium et de magnésium et une machine de coulée sous basse-pression suivant le préambule de la revendication 6.The present invention relates to a new low-pressure casting process according to the preamble of
Le procédé de coulée sous basse-pression est connu depuis le début du siècle. Dans cette technique :
- - on remplit par le bas un moule, métallique ou non, avec un alliage liquide contenu dans un four hermétiquement clos. Cet alliage peut remonter dans le moule par l'intermédiaire d'un tube d'injection,
- - on effectue ce remplissage à l'aide d'un fluide de refoulement sous une pression de quelques déci- bars,
- - après remplissage du moule, on maintient une surpression de masselottage pendant la durée de solidification de la pièce,
- - on récupère l'alliage non solidifié, situé dans le bas du moule dans les canaux d'injection, dès solidification de la pièce et après cessation de la pression de refoulement.
- - a mold, metallic or not, is filled from below with a liquid alloy contained in a hermetically closed oven. This alloy can go back into the mold via an injection tube,
- this filling is carried out using a delivery fluid under a pressure of a few decibars,
- - after filling the mold, a weighting overpressure is maintained for the duration of solidification of the part,
- - The non-solidified alloy is recovered, located at the bottom of the mold in the injection channels, as soon as the part solidifies and after the discharge pressure has ceased.
Un tel procédé et une telle machine sont par exemple connus de DE-B 2 703 657, sur lequel les préambules des revendications 1 et 6 sont basés.Such a method and such a machine are for example known from DE-B 2 703 657, on which the preambles of
Les moules utilisés peuvent être permanents (dans ce cas, ils sont réalisés en fonte ou en acier, ou en graphite) ou non permanents et ils sont détruits, dans ce cas, après la coulée pour libérer la pièce. Ces moules non permanents sont en sables chimiques, en céramiques ou en plâtre.The molds used can be permanent (in this case, they are made of cast iron or steel, or graphite) or non-permanent and they are destroyed, in this case, after casting to release the part. These non-permanent molds are made of chemical sands, ceramic or plaster.
Les alliages utilisés sont généralement ceux de l'aluminium, les applications pour l'automobile étant très importantes, mais également ceux du magnésium et du cuivre (laitons, bronzes). Par ailleurs, des développements importants se déroulent pour les fontes et les aciers.The alloys used are generally those of aluminum, the applications for the automobile being very important, but also those of magnesium and copper (brasses, bronzes). In addition, significant developments are taking place for cast irons and steels.
Pour les alliages d'aluminium, le gaz qui sert à mettre en pression le four est généralement de l'air, il pourrait être de l'azote pour éviter l'oxydation de la surface. Par ailleurs, l'élaboration de l'alliage d'aluminium et le fonctionnement sous air peuvent introduire de l'hydrogène dans l'alliage en raison de l'humidité des produits de fusion, de celle de l'air ambiant et de celle de l'air indroduit dans le four. Il est donc nécessaire de procéder à un dégazage du métal en fin d'élaboration et dans le cours du déroulement des coulées.For aluminum alloys, the gas used to pressurize the oven is generally air, it could be nitrogen to prevent oxidation of the surface. Furthermore, the development of the aluminum alloy and the operation in air can introduce hydrogen into the alloy due to the humidity of the fusion products, that of the ambient air and that of the air in the oven. It is therefore necessary to degas the metal at the end of production and in the course of the casting process.
L'opération peut être faite par des produits chimiques (flux spéciaux, chlore, axote...) ou par l'application d'un vide de quelques millibars sur la surface. Dans ce cas, il peut donc être intéressant d'effectuer le vide dans le four de coulée sous basse-pression.The operation can be done by chemicals (special fluxes, chlorine, axote ...) or by the application of a vacuum of a few millibars on the surface. In this case, it may therefore be advantageous to carry out the vacuum in the casting furnace under low pressure.
Pour ne pas interrompre le déroulement des coulées par ce dégazage sous vide, on peut disposer de deux fours, l'un en opération de coulée, l'autre en opération de dégazage et qui remplace le premier lorsque celui-ci est vide. Les deux fours sont donc mobiles sur rails.In order not to interrupt the flow of the flows by this vacuum degassing, two ovens can be available, one in the casting operation, the other in the degassing operation and which replaces the first when the latter is empty. The two ovens are therefore mobile on rails.
Les fours mobiles sont connus et il existe par ailleurs des fours de coulée sous basse-pression d'aluminium conçus pour supporter le vide. L'enveloppe extérieure étanche à la pression assure également la tenue au vide. Un des inconvénients de cette formule est que le massif de réfractaire et d'isolant qui supporte les résistances du four et assure son isolation thermique doit atteindre le niveau de vide désiré. Or, il est poreux, emmagasine une capacité importante de gaz, voire d'humidité, et il faut le maintenir en permanence à une température supérieure à 80/100°C après l'avoir séché longuement, pendant plusieurs jours avant la première mise en service. Par ailleurs, ces matériaux sont fréquemment fibreux ou pulvérulents et sont entraînés vers les pompes à vide.Mobile ovens are known and there are also low pressure aluminum casting furnaces designed to support the vacuum. The pressure-tight outer shell also ensures vacuum resistance. One of the drawbacks of this formula is that the mass of refractory and insulating material which supports the resistances of the furnace and ensures its thermal insulation must reach the desired level of vacuum. However, it is porous, stores a large capacity of gas, even humidity, and it must be permanently maintained at a temperature above 80/100 ° C after having dried it for a long time, for several days before the first setting service. Furthermore, these materials are frequently fibrous or powdery and are entrained towards the vacuum pumps.
Ces inconvénients, liés au fait que l'étanchéité est assurée par l'enveloppe extérieure sont compensés par cet autre fait que cette enveloppe est froide (50 à 80°C), car protégée des résistances par les isolants et elle n'est donc pas soumise à des efforts de fatigue thermique à chaque cycle de mise en pression. Ces efforts exigeraient un renforcement important de cette structure. De même, l'application du vide sur une enveloppe à température élevée entraînerait des déformations en l'absence des renforcements appropriés. On ne dispose donc devant les résistances qu'une tôle ouverte pour assurer la protection mécanique des résistances.These drawbacks, linked to the fact that the seal is ensured by the external envelope, are compensated by this other fact that this envelope is cold (50 to 80 ° C.), since it is protected from resistance by the insulators and it is therefore not subjected to thermal fatigue forces at each pressurization cycle. These efforts would require a significant strengthening of this structure. Similarly, the application of vacuum to an envelope at high temperature would cause deformations in the absence of the appropriate reinforcements. There is therefore only an open sheet in front of the resistors to provide mechanical protection for the resistors.
Les machines de coulée sous basse-pression avec possibilité de mise sous vide pour l'aluminium sont donc de ce type, avec une seule enveloppe étanche, située à l'extérieur du four, tel que représenté sur la figure 1 des dessins annexés.Low-pressure casting machines with the possibility of vacuuming for aluminum are therefore of this type, with a single sealed envelope, situated outside the furnace, as shown in FIG. 1 of the accompanying drawings.
Sur cette figure 1 on a représenté en 1 l'enveloppe extérieure, étanche ; en 2 le couvercle fixe lié à cette enveloppe ; en 3 le couvercle mobile ; en 4 les résistances ; en 5 les réfractaires portant les résistances ; en 6 les isolants ; en 7 la tôle de protection ouverte à sa partie inférieure ; en 8 le creuset ; en 9 le métal ; en 10 le tube d'injection ; en 11 l'entrée d'air de mise en pression ; en 12 la sortie d'air pour décompression ; en 13 la sortie d'air pour mise sous vide ; en 14 la sortie d'évacuation du métal en cas de rupture du creuset ; en 15 l'isolant du couvercle ; en 16 et 17 des joints d'étanchéité; en 18 une buse de liaison ; en 19 le plateau fixe de la machine de coulée, et en 20 un moule.In this figure 1 is shown in 1 the outer envelope, waterproof; in 2 the fixed cover linked to this envelope; at 3 the movable cover; in 4 resistances; in 5 the refractories carrying the resistances; in 6 the insulators; in 7 the protective sheet open at its lower part; in 8 the crucible; in 9 the metal; at 10 the injection tube; at 11 the entry of pressurizing air; at 12 the air outlet for decompression; at 13 the air outlet for evacuation; at 14 the metal discharge outlet in the event of the crucible breaking; insulating the cover; at 16 and 17 seals; at 18 a connecting nozzle; at 19 the fixed plate of the casting machine, and at 20 a mold.
Mais, dans le cas de l'utilisation avec des alliages de magnésium, ce dispositif ne peut être utilisé car le gaz pour mettre en mouvement le magnésium ne doit pas entraîner d'oxydation du métal et la solution actuellement connue est de l'hexafluorure de soufre (SF6) utilisé en dilution de l'ordre de 0,5 à 1 % dans l'air ou du gaz carbonique.However, in the case of use with magnesium alloys, this device cannot be used because the gas for setting in motion the magnesium must not cause oxidation of the metal and the currently known solution is hexafluoride. sulfur (SF6) used in dilution of the order of 0.5 to 1% in air or carbon dioxide.
Cependant, ce gaz qui est un fluorure décompose les matériaux des réfractaires et isolants qui sont généralement à base de composés siliciés (des silico-alumineux en particulier). Il est donc nécessaire d'isoler le SF6 des réfractaires et la machine de coulée basse-pression pour magnésium doit avoir une enveloppe intérieure étanche qui peut servir de creuset contenant le métal.However, this gas which is a fluoride breaks down the materials of the refractories and insulators which are generally based on silicon compounds (silico-aluminous in particular). It is therefore necessary to isolate the SF6 from the refractories and the low-pressure magnesium casting machine must have a sealed inner casing which can serve as a crucible containing the metal.
Le schéma d'une telle machine est donné en figure 2 sur laquelle on a représenté en 1' l'enveloppe extérieure du four qui n'assure plus de rôle d'étanchéité ; en 2' le creuset qui contient le magnésium ; en 3' le couvercle ; en 4' les résistances ; en 5' les réfractaires ; en 6' les isolants ; en 7' l'alliage de magnésium fondu ; en 8' le tube d'injection ; en 9' la buse de laison spéciale avec gaz protecteur ; en 10' l'entrée du gaz à base de SF6 dilué dans la buse de liaison ; en 11' l'entrée du SF6 dans le four pour mise en mouvement du métal ; en 12' la sortie du gaz de décompression ; en 13' le joint d'étanchéité ; en 14' le plateau fixe de la machine, et en 15' le moule.The diagram of such a machine is given in FIG. 2 on which the envelope has been represented at 1 ' outside of the oven which no longer performs a sealing role; in 2 'the crucible which contains magnesium; in 3 'the cover; in 4 'resistances; in 5 'the refractories; in 6 'the insulators; in 7 'the molten magnesium alloy; at 8 'the injection tube; in 9 'the special layer nozzle with protective gas; in 10 'the entry of the SF6-based gas diluted in the connection nozzle; in 11 ′ the entry of SF6 into the furnace for setting in motion of the metal; in 12 'the outlet of the decompression gas; at 13 'the seal; in 14 'the fixed plate of the machine, and in 15' the mold.
Dans un tel four, le creuset 2' contient le métal à environ 750°C et sa paroi extérieure est chauffée par les résistances. A chaque cycle il supporte des efforts de fatigue thermique avec une surpression intérieure qui est généralement de 0,6 bar à 1 bar. A ces efforts s'ajoutent les risques de corrosion qui ne sont limités pour le SF6 dilué que par l'utilisation d'acier à haute teneur en chrome. On est donc conduit à des creusets de forte épaisseur qui peuvent être de l'ordre de 20 mm, onéreux, difficiles à manier, travaillant dans des conditions qui ne sont pas sans danger.In such an oven, the
Il est à noter cependant que les alliages de magnésium ne sont pas soumis à un dégazage sous vide car ils distillent et passent à l'état vapeur sous des pressions encore notables, fréquemment de l'ordre de 60 millibars.It should be noted, however, that the magnesium alloys are not subjected to degassing under vacuum because they distill and pass into the vapor state under still notable pressures, frequently of the order of 60 millibars.
Ces caractéristiques font donc que les machines de coulée sous basse-pression actuelles pour aluminium et pour magnésium sont différentes et que dans chacun des deux cas les solutions apportées à la mise sous vide pour l'aluminium et à la mise en pression sous SF6 dilué ne sont pas satisfaisantes.These characteristics therefore mean that the current low-pressure casting machines for aluminum and for magnesium are different and that in each of the two cases the solutions provided for the vacuum for aluminum and for the pressurization under diluted SF6 do not are not satisfactory.
Or, les fonderies qui coulent des pièces pour les industries aérospatiales utilisent à la fois des alliages d'aluminium et des alliages de magnésium et ces pièces qui sont généralement de grandes dimensions, de faibles épaisseurs et de hautes qualités métallurgiques, représentent des cas d'application types de la coulée basse-pression.However, foundries which pour parts for the aerospace industries use both aluminum alloys and magnesium alloys and these parts which are generally of large dimensions, small thicknesses and high metallurgical qualities, represent cases of typical applications of low pressure casting.
Le but de la présente invention est donc la définition d'une structure d'un nouveau type de machine de coulée sous basse-pression capable de supporter:
- - des mises sous vide de l'ordre de 1 millibar ;
- - des fonctionnements sous des pressions pouvant atteindre 2 bars ;
- - avec des gaz différents non corrosifs comme l'air, l'azote ou corrosifs comme le SF6 ;
- - sans être soumis à des efforts de fatigue thermique lors des mises en pression ou à des efforts de fluage dûs à l'aspiration lors des mises sous vide.
- - vacuum packing of around 1 millibar;
- - operations under pressures up to 2 bars;
- - with different non-corrosive gases such as air, nitrogen or corrosive such as SF6;
- - Without being subjected to thermal fatigue forces during pressurization or creep forces due to suction during vacuum applications.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de coulée sous basse-pression dans lequel on remplit par le bas un moule avec un alliage ou un métal liquide contenu dans un four chauffant hermétiquement clos, l'alliage remontant dans le moule par l'intermédiaire d'un tube d'injection et sous l'action d'une pression de fluide de refoulement, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à séparer, à l'intérieur de four, le creuset contenant l'alliage ou le métal liquide, des éléments de chauffage électrique et d'isolation thermique par une enveloppe métallique, étanche, supportant ledit creuset, à assurer durant les différentes phases de la coulée jusqu'à la solidification de la pièce coulée l'envoi d'un fluide du côté de ladite enveloppe opposé au creuset et à faire varier le pression de ce fluide en correspondance avec celle régnant au dessus du niveau du liquide du creuset de façon à établir en permanence un équilibre des pressions de part et d'autre de ladite enveloppe.To this end, the subject of the invention is a low-pressure casting process in which a mold is filled from below with an alloy or a liquid metal contained in a hermetically closed heating oven, the alloy rising in the mold by through an injection tube and under the action of a discharge fluid pressure, said method being characterized in that it consists in separating, inside the furnace, the crucible containing the alloy or liquid metal, electrical heating and thermal insulation elements by a metallic, waterproof envelope supporting said crucible, to be ensured during the various phases of the casting until the solidification of the casting is sent fluid on the side of said envelope opposite to the crucible and to vary the pressure of this fluid in correspondence with that prevailing above the level of the crucible liquid so as to permanently establish a pressure balance on either side of said envelope .
Par ce procédé on peut ainsi maintenir une équi- pression de part et d'autre de l'enveloppe interne :
- - quel que soit le niveau du métal dans le creuset de la machine ;
- - quel que soit l'état d'avancement dans le cycle de coulée, donc même pour les valeurs élevées de la phase de surpression ;
- - quel que soit le signe de cette pression par rapport à la pression atmosphérique, c'est-à-dire que l'on soit en vide ou en pression ;
- - whatever the level of the metal in the crucible of the machine;
- - whatever the state of progress in the casting cycle, therefore even for the high values of the overpressure phase;
- - whatever the sign of this pressure with respect to atmospheric pressure, that is to say that one is in vacuum or in pressure;
En particulier on peut conserver une pression résiduelle supérieure à la pression atmosphérique entre deux coulées pour conserver le métal à la partie supérieure du tube d'injection afin d'éviter les oxydes dûs à la descente et à la remontée du métal dans le tube.In particular, it is possible to keep a residual pressure greater than atmospheric pressure between two flows in order to keep the metal at the top of the injection tube in order to avoid the oxides due to the descent and ascent of the metal in the tube.
L'invention concerne également une machine de coulée pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus et notamment une machine perfectionnée destinée à des moules non permanents.The invention also relates to a casting machine for implementing the above method and in particular an improved machine intended for non-permanent molds.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'une machine selon l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des figures 3 et 4 des dessins annexés représentant respectivement une vue en coupe schématique d'une machine de coulée à moules mobiles et une vue en élévation avec demi-coupe verticale axiale d'une machine conforme au schéma de la figure 3.Other characteristics and advantages will emerge from the description which follows of an embodiment of a machine according to the invention, description given by way of example only and with reference to FIGS. 3 and 4 of the appended drawings respectively representing a schematic sectional view of a mobile mold casting machine and an elevation view with axial vertical half-section of a machine according to the diagram in FIG. 3.
Sur la figure 3 on a représenté en 21 l'enveloppe extérieure d'un four, étanche à la pression et au vide. A l'intérieur du four est disposé, supporté par une enveloppe étanche interne 22, un creuset 23 (en graphite ou carbure de silicium pour l'aluminium, en acier pour le magnésium) contenant le métal 24 à l'état liquide (alliage d'aluminium ou de magnésium). L'enveloppe interne 22 est en acier au chrome résistant à la corrosion de SF6.In Figure 3 there is shown at 21 the outer shell of a furnace, pressure and vacuum tight. Inside the oven is arranged, supported by an internal sealed
Les résistances électriques chauffantes 25 sont disposées à l'extérieur de l'enveloppe 22 ainsi que les réfractaires 26 et les isolants thermiques 27.The
Le couvercle du four est constitué d'un couvercle annulaire fixe 28 lié à l'enveloppe extérieure 21 et en acier au chrome dans sa partie en contact avec le SF6 et d'un couvercle mobile 29 en acier au chrome, en forme de disque et fixé de manière amovible sur le couvercle annulaire 28. Le couvercle 29 est muni sur sa face interne d'un isolant 30.The oven cover consists of a fixed
Un tube d'injection 31 traverse le couvercle 29, plonge dans le métal liquide 24 du creuset et est surmonté d'une buse de liaison (32 pour le magnésium, 33 pour l'aluminium).An
Le four est surplombé par une table fixe horizontale supportée par quatre piliers 35 et au dessus de laquelle peut se déplacer un moule 36 porté par un chariot 37 circulant sur deux rails parallèles 38 disposés horizontalement de part et d'autre de la table fixe 34.The oven is overhung by a horizontal fixed table supported by four
Comme on peut le voir plus en détail sur la figure 4 qui représente une réalisation industrielle de la machine schématisée sur la figure 3, les rails 38 sont supportés par les tiges de quatre vérins hydrauliques 39 disposés verticalement et fixés sur des consoles solidaires des quatre piliers 35 portant la table 34.As can be seen in more detail in Figure 4 which shows an industrial embodiment of the machine shown schematically in Figure 3, the
Sur la figure 4 on a représenté en 40 les roues du chariot 37 porte-moule, circulant sur les rails 38 et fixées latéralement au plateau inférieur 41 sur lequel repose le moule 36.In FIG. 4 is shown at 40 the wheels of the
Un appareil de régulation ou pilote symbolisé en 42 sur la figure 3 est chargé de piloter et coordonner les opérations préalables à la coulée, puis les opérations propres à la coulée et enfin celles postérieures à la coulée.A regulating or piloting device symbolized at 42 in FIG. 3 is responsible for piloting and coordinating the operations prior to casting, then the operations specific to casting and finally those subsequent to casting.
A cet effet, l'appareil 42 est relié à une vanne 43 interposée dans une canalisation d'amenée de gaz de mise en pression intérieure de l'espace 1 au dessus du liquide du creuset 23 (ou de mise sous vide dudit espace). La liaison avec l'espace 1 se fait par un conduit 44 ménagé dans l'épaisseur du couvercle annulaire fixe 28. En réalité, il existe trois conduits tels que 44 (et trois vannes 43 correspondantes) affectés respectivement à l'entrée dudit gaz de mise en pression, à son extraction et à la mise sous vide.To this end, the
De même, l'appareil 42 est relié à une vanne 45 d'entrée et sortie des gaz de mise en pression (ou de mise sous vide) de l'espace Il entre l'enveloppe interne 22 et l'enveloppe externe 21. La liaison avec l'espace Il se fait par un conduit 46 ménagé dans l'épaisseur du couvercle annulaire 28.Likewise, the
Comme pour l'espace 1 il est prévu en réalité trois ensembles 45-46 distincts pour l'introduction ou l'extraction dudit gaz et pour le vide.As for
L'appareil 42 est également relié, d'une part, à un capteur 47 de pression dans l'espace 1 et, d'autre part, à un capteur 48 de pression dans l'espace II.The
Au droit de l'orifice inférieur d'entrée du moule 36 est disposé un capteur 49 de présence détectant le passage du métal, constitué par exemple par un fil métallique isolé dénudé à son extrémité,et relié à l'appareil de régulation 42.In line with the lower
En outre, l'extrémité supérieure de la buse de coulée 33 est munie d'une rondelle en amiante 50 susceptible de s'interposer entre ladite buse et l'orifice 51 de passage du métal liquide dans le plateau 41 support du moule 36.In addition, the upper end of the pouring
De part et d'autre de l'orifice 51 sont prévus deux capteurs 52 reliés à l'appareil 42 et destinés à informer ce dernier que le moule 36 est correctement et de manière étanche posé au dessus de la buse de coulée 33.On either side of the
Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 3 et 4 il s'agit d'une coulée d'alliage d'aluminium pour laquelle on utilise la buse 33.In the embodiment shown in FIGS. 3 and 4 it is an aluminum alloy casting for which the
Les capteurs 52 sont constitués par exemple par une pointe conductrice faisant saillie sur la face inférieure du plateau 41, insérée sans une douille isolante et reliée par un fil isolé à l'appareil 42. Lesdites pointes sont susceptibles de traverser l'épaisseur de l'amiante 50 et, au contact avec la buse métallique 33 sous-jacente, de fournir un signal électrique à l'appareil 42.The
Enfin, ce dernier est relié à un dispositif de verrouillage du chariot 37 porte-moule en position de coulée, constitué (figure 4) de goupilles horizontales 53 disposées de part et d'autre de la table 34, orthogonalement à celle-ci. Les goupilles 53 sont mues par des vérins 54, ou autres moyens de déplacement, montés sur des supports solidaires du bâti porte-table. En position de verrouillage du chariot 37 au dessus du four, les goupilles 53 sont engagées à la fois à travers des trous ménagés dans des cornières latérales 55 solidaires du plateau 41 du chariot et dans des trous de centrage ménagés dans la tranche de la table 34.Finally, the latter is connected to a device for locking the
L'appareil 42 dirige le mouvement du chariot 37 à partir de capteurs 56 (par exemple des contacteurs à lames élastiques) fixés sur la table 34 et les rails.The
Le départ de l'injection de métal, donc de la mise en pression des espaces ou enceintesl,11,exige que soit assurée la fermeture du moule 36 et l'étanchéité sur la buse de coulée 33.The start of metal injection, and therefore of the pressurization of the spaces or
Lorsque le chariot 37 arrive à la verticale du tube de coulée, les vérins 39 s'abaissent, le chariot vient s'appliquer sur la buse de coulée 33. L'appareil 42 verrouille le chariot et le moule sur la table 34 de la machine à l'aide des vérins 54 et des goupilles 53, cependant que les capteurs 52 informent l'appareil 42 que l'application, donc l'étanchéité, sont obtenues.When the
L'appareil 42 déclenche alors la coulée selon les dispositions données ci-après en dirigeant la pression dans les deux enceintes 1 et II.The
Dès que l'ordre est donné de déclencher la coulée, l'appareil 42 fait ouvrir les vannes 43 et 45 pour l'admission des gaz dans les deux enceintes l,ll. Cet appareil 42 peut être du même type que celui décrit dans le brevet français N° 79 17317 ou dans le brevet français N° 82 00115 et peut comprendre un micro-processeur, un ensemble-mémoires et un ensemble entrées- sorties. Par les capteurs de pression 47 et 48 il ouvre et ferme les vannes 43 et 45 pour maintenir l'égalité de pression entres les deux enceintes I, II.As soon as the order is given to start the pouring, the
Lorsque le métal atteint le niveau du capteur de présence 49, l'appareil 42 enregistre la pression de chaque enceinte 1,11 comme référence zéro et fait ensuite évoluer les pressions au-dessus de cette référence selon les indications qui ont pu être mises en mémoire dans l'appareil 42.When the metal reaches the level of the
Pendant cette phase de mise en pression, l'enveloppe 22 qui a ses deux parois intérieure et extérieure à la même pression n'est donc pas soumise à des efforts d'expansion dûs à la pression.During this pressurization phase, the
Son rôle mécanique est de supporter le poids du creuset 23 et du métal 24 qui représente un effort statique.Its mechanical role is to support the weight of the
A la décompression, il en est de même, l'appareil 42 donnant les ordres d'ouverture-fermeture aux vannes de sortie de gaz qui sont dans les mêmes configurations que les vannes 43 et 45. La décompression est également pilotée par l'appareil 42 pour maintenir l'équilibre de pression sur les deux faces de l'enveloppe 22.The same applies to decompression, the
Lorsque cette pression résiduelle atteint une valeur déterminée calculée par l'appareil 42 en fonction de la pression enregistrée au passage au capteur 49 et du poids de métal coulé pour la pièce obtenue, l'appareil 42 maintient cette valeur pour que le métal subsiste à un niveau constant 57 à la partie supérieure du tube 31. Cette disposition évite la chute du métal dans le tube d'injection 31, vers le creuset, opération qui entraîne la formation d'oxydes qui sont emportées vers la pièce lors de la remontée du métal dans le tube à la coulée suivante.When this residual pressure reaches a determined value calculated by the
Lors de la mise sous vide du métal pour effectuer le dégazage, les conduits 44 et 46 sont connectés à des circuits de pompage qui effectuent le vide dans les deux enceintes I, II. Les capteurs de pression 47 et 48 donnent les informations à l'appareil 42 pour qu'il ouvre ou ferme les vannes 43 et 45 pour maintenir l'identité de pression sur les deux faces de l'enveloppe intérieure 22. Cette disposition évite les déformations par "succion" de cette enveloppe.When the metal is placed under vacuum for degassing, the
Dans le cas de moules permanents l'appareil 42 n'a évidemment pas à piloter la fermeture et l'étanchéité du moule sur la buse de coulée.In the case of permanent molds, the
La machine représentée sur les figures 3,4 est utilisable aussi bien pour la coulée d'alliages d'aluminium comme illustré ci-dessus que pour la coulée d'alliages de magnésium. Dans le cas d'aluminium le gaz envoyé dans l'enceinte I est de l'air ou de l'azote et, dans le cas du magnésium, de l'hexafluorure de soufre. Dans les deux cas, le gaz envoyé dans l'enceinte Il peut être de l'air.The machine shown in FIGS. 3,4 can be used both for the casting of aluminum alloys as illustrated above and for the casting of magnesium alloys. In the case of aluminum, the gas sent to enclosure I is air or nitrogen and, in the case of magnesium, sulfur hexafluoride. In both cases, the gas sent into the enclosure It may be air.
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