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Procédé et dispositif pour la coulée de moules métalliques.
La présente invention se rapporte au moulage de moules métalliques en une pièce, destinés à la coulée de saumons plats de cuivre suivant le procédé exposé dans le brevet n . 358.140; l'invention se rapporte particulière- ment à la fabrication de moules construits suivant le bre- vet 369.221 où la cavité de moulage contient un noyau et surtout à la fabrication de moules en cuivre.
Pour de nom- breuses raisons il est préférable de couler de pareils mou- les en cuivre autour d'un noyau correspondant à la cavité centrale de coulée du moule; mais au cours du moulage on se
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heurte à de grandes difficultés par suite de la tendance du cuivre coulé de se contracter autour du noyau en donnant naissance à des fissures qui, en atteignant les conduits à eau forés plus tard dans les parois du moule, causent des fuites qui rendent dangereux l'emploi des moules à cause de la possibilité d'explosion.
Cette tendance à la fissura- tion est dûe à ce que pendant le refroidissement et après la solidification apparente, mais avant la solidification défini- tive, le cuivre fondu passe par un état plastique dans lequel sa cohésion est si faible qu'il ne résiste pas aux tensions résultant de la contraction autour d'un noyau indéformable.
Cette difficulté est surmontée par la présente invention sui- vant laquelle le moulage du moule s'effectue autour d'un noyau de construction spéciale cédant aux déformations, connue décrit ci-dessous.
Une forme appropriée de réalisation est représentée à titre d'exemple sur le dessin annexé, sur lequel:
Fig. 1 est une coupe horizontale du moule prêt à la coulée;
Fig. 2 est une coupe verticale suivant l'axe trans- versal de ce moule;
Fig. 3 est une coupe axiale longitudinale.
Fig. 4 est une vue en perspective d'un noyau en tôle.
Fig. 5 est, à plus grande échelle, un fragment de la Fig. l, représentant un détail de construction.
Fig. 6 est une vue en perspective d'un cadre renver- sé destiné à supporter le noyau.
Sur le dessin, A désigne le moule extérieur servant à la coulée du futur moule à noyau, et B désigne le noyau.
C est le fond du moule A. D'après le dessin, le moule A est
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formé de plaques latérales opposées a,a et de plaques fron- tales b.b Ces plaques sont assemblées de toute façon appro- priée, de préférence au moyen de bandes ou de feuillards entou- rant extérieurement le moule et tendus au moyen de coins ou autrement; on peut évidemment employer tout autre dispositif pour assembler les éléments ou les parties du moule extérieur.
Le fond C peut également être fixé de toute façon appropriée; dans le cas d'un moule suffisamment lourd le poids de celui- ci peut servir à maintenir le fond en place. Le noyau est main- tenu à sa place à l'intérieur du moule de toute façon appro- priée.
Comme le montre la Fig. 4,le noyau B est formé d'un corps creux en tôle, au lieu d'être comme jusqu'à présent une pièce coulée pleine dans laquelle sont ménagés ou forés des conduits pour la circulation d'eau. Le métal employé est de préférence du cuivre, sous forme de tôles ou de minces pla- ques. L'épaisseur de celles-ci peut varier, mais les épais- seurs comprises entre 1,6 et 3,2 mm constituent une gamme appropriée Le sommet et le fond du noyau sont de préférence ouverts, les tôles ou plaques métalliques ±, ± étant pliées de façon à constituer les parois latérales et frontales du noyau.
La meilleure construction consiste à former le noyau de deux tôles ou plaques repliées à leurs extrémités, ces parties pliées d,d étant solidement rivées par deux rangées de rivets, comme le montrent clairement les Figs. 1 et 4. Bien que les plaques constituant les parois latérales puissent ê- tre planes, il est avantageux de les onduler pour faciliter leur extension lorsque les plaques s'échauffent pendant la coulée, en évitant ainsi des déformations du noyau. Cette partie ondulée est représentée en e, e . La partie ondulée
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peut s'étendre sur toute la paroi latérale, mais il est préférable de la limiter à la partie médiane comme le mon- trent les Figs. 1 et 4, en laissant des bandesnon ondulées f,f près des arêtes du noyau.
Afin de mieux éviter des dé- formations du noyau, il est utile d'en relier les faces oppo- sées par des entretoises g,g convenablement espacées et faites de tringles en cuivre traversant le noyau, les extré- mités des entretoises passant par des trous des tôles et étant aplaties comme des rivets. (Voir Fig. 5).
Le noyau creux ainsi construit est mis en place dans le moule A, puis remplis de matière solide, bonne con- ductrice de la chaleur. Le rôle de cette matière de reraplis- sage est double: premièrement, elle renforce le mince noyau creux et l'empêche d'être écrasé par la pression du métal cou- lé autour de lui, ce qui l'affaiblit par suite de l'échauffe- ment; deuxièmement, la matière de remplissage évacue la cha- leur du noyau fait de tôles en empêchant ainsi sa fusion. A l'intérieur de la matière de remplissage se forment des in- terstices dans lesquels est emprisonné de l'air ou un autre gaz ou fluide servant au refroidissement. Les meilleurs résul- tats sont obtenus avec du métal, de préférence avec du cuivre, à l'état divisé, par exemple sous forme de copeaux, de sciures, de rognures ou d'autres particules analogues.
Le remplissage est assez fortement tassé pour constituer un support suffi- sant pour les parois du noyau.
Afin de refroidir efficacement le noyau, il est important de le munir à l'intérieur d'un dispositif réfri- gérant, de préférence d'un serpentin à circulation d'eau. Ce serpentin de refroidissement, désigné par F sur le dessin, est préférablement introduit par en haut et mis en place avant
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l'introduction du remplissage D. Le serpentin est fait de préférence d'un tube coudé et contrecoudé, comme le montre la Fig. 3, et les entretoises g, g sont disposées de façon à ne pas gêner par leur présence l'introduction du serpentin après la mise en place du noyau creux dans le moule extérieur.
Une rapide circulation d'eau est maintenue dans le serpentin pendant la coulée; on a obtenu de bons résultats avec une pression de 2 à 4 kg/cm et une température de 88 à 99 C. Il est préférable de faire le serpentin en tubes de cuivre, bien que des tubes en fer ou en acier puissent être employés.
Avec un tel noyau refroidi à l'eau, le procédé consiste à placer le corps creux en tôle de cuivre (enduit comme d'habitude, de noir animal) dans le moule, en le main- tenant provisoirement par des moyens appropriés, par exemple par des cales; ensuite on descend le serpentin dans le noyau creux, on le fixe bien en place et on introduit la matière de remplissage en la bourrant soigneusement pour remplir l'espace autour du serpentin et dans le noyau creux de façon aussi compacte que c'est nécessaire. Après enlèvement des cales, le moule est prêt pour la coulée.
Des moules coulés en cuivre sont faits le plus avan- tageusement avec un noyau en tôle de cuivre rempli de cuivre en petits morceaux, le noyau étant maintenu en place au cen- tre du moule. Avant de placer le noyau, ou en tout cas avant la coulée, le noyau doit être soigneusement enduit du mélange usuel de noir animal; du noir animal sec doit aussi être semé autour du joint entre le noyau et la plaque de base C du mou- le. Après la coulée, lorsque le cuivre coulé est suffisamment refroidi, on démonte le moule extérieur A et on l'enlève, puis on retire du noyau le serpentin et le remplissage. D'habitude . -
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le remplissage se détache facilement du noyau en tôle, mais parfois il y adhère en partie par suite de fusion.
Le noyau creux adhère généralement quelque peu à l'intérieur de la cavité du moule coulé, et dans ce cas il doit en être déta- ché, à l'exception de certaines parties, particulièrement aux angles inférieurs du noyau, qui peuvent être collées par fu- sion au cuivre constituant le moule coulé. La cavité de cha- que moule doit être dressée par usinage, et cette opération permet de détacher rapidement les parties adhérentes du noyau creux. Lorsque celui-ci et le remplissage sont en cuivre, tou- te souillure du métal coulé est évitée.
Si, malgré que le rem- plissage empêche généralement le noyau d'être affecté par la pression due au pqids du cuivre coulé autour de lui, le noyau cédait par endroits, son aplatissement qui résultant n'est que très faible et les conséquences en sont facilement corri- gées au cours de l'usinage de la cavité du moule.
Le noyau et le serpentin peuvent être maintenus en place à l'intérieur du moule A de différentes façons. On peut par exemple prévoir un dispositif pour maintenir le noyau creux en place, le serpentin étant maintenu par la matière de remplis- sage; on peut également fixer le serpentin et se servir défia matière de remplissage pour maintenir le noyau en place. Bien que ces différents moyens puissent être appliqués avec succès, le dernier est considéré comme préférable.
Afin demain tenir le noyau creux à sa place, on emboîte sur son extrémité supérieu- re, comme le montrent les Figs. 2 et 3 uncadre G représenté sur la Fig. 6, disposé convenablement par rapport au moule A; on y arrive en munissant le cadre G de broches ou de tenons j s'engageant dans des creux k au sommet des plaques frontales
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b b. Le fond du noyau creux peut être provisoirement calé.
Le serpentin F est ensuite descendu à sa place à l'intérieur du noyau, après quoi on introduit la matière de remplissage que l'on bourre autour du serpentin tout en maintenant la partie inférieure de celui-ci au milieu du noyau. Le remplis- sage ainsi introduit sert à maintenir le serpentin et le noyau en place l'un par rapport à l'autre. Pendant cette opération le serpentin est provisoirement maintenu en place, par exem- ple au moyen de cales de bois m, m engagées sous les branches horizontales 1, 1 du serpentin, comme le montrent les Fig.2 et 3. Après qu'on a introduit toute la matière de remplissage, ces cales ne sont plus nécessaires et peuvent être retirées, de même que tout autre dispositif de calage qui aurait pu être introduit autour du fond du noyau creux. Le moule est alors prêt pour la coulée, comme décrit ci-dessus.
Le noyau perfectionné légèrement 'déformable suivant l'invention présente des avantages sur les noyaux rigides.
Dans le cas d'un noyau rigide ou massif, refroidi ou non à l'eau, le noyau ne peut suivre la contraction du métal coulé- qui l'entoure et qui peut se fissurer en se refroidissant, par suite des tensions internes développées dans sa masse. Le noyau suivant la présente invention cède ou s'aplatit pendant la contraction du métal coulé qui l'entoure, dans unémesure qui évite toute fissuration du métal coulé se contractant et qui permet d'obtenir des pièces coulées parfaites. La construc- tion particulière, la forme et les dimensions des éléments du noyau et des dispositifs servant à supporter les pièces pen- dant la coulée peuvent naturellement être modifiées suivant les besoins sans sortir pour celà du cadre de l'invention.
Bien qu'il soit mentionné que l'invention se rapporte
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à la coulée de moules en cuivre avec un noyau creux fait de préférence en tôle de cuivre, l'invention est applica- ble à la coulée de moules faits d'autres métaux,particuliè- rement de métaux dont les points de fusion ne dépassent pas celui du cuivre, et dans ce cas il peut être préférable de faire le noyau creux du même métal que celui à couler; ce- pendant, dans le cas de métaux donc le point de fusion n'est pas trop élevé, il est préférable d'employer du cuivre pour la fabrication du noyau creux.
REVENDICATIONS -----------------------------
1) Procédé de fabrication d'un moule métallique coulé d'une pièce autour d'un noyau, consistant à former un noyau creux déformable en tôle, ayant la forme de l'objet à couler dans le moule, à placer ce noyau creux dans un moule extérieur présentant une cavité dont la forme répond à la forme extérieure du moule à couler, à introduire dans le noyau creux une matière de remplissage à 1'état divisé, con- ductrice de la chaleur, entourant un dispositif de refroidis- sement et à couler le métal entre le moule extérieur etle noyau déformable.
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Method and device for the casting of metal molds.
The present invention relates to the molding of metal molds in one piece, intended for the casting of flat copper tips according to the process disclosed in patent n. 358,140; the invention relates particularly to the manufacture of molds constructed according to patent 369.221 where the mold cavity contains a core and especially to the manufacture of copper molds.
For many reasons it is preferable to cast such copper molds around a core corresponding to the central casting cavity of the mold; but during the molding we are
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encountered great difficulty as a result of the tendency of the cast copper to contract around the core giving rise to cracks which, on reaching the water pipes later drilled in the walls of the mold, cause leaks which make it dangerous use of molds because of the possibility of explosion.
This tendency to crack is due to the fact that during cooling and after apparent solidification, but before definitive solidification, molten copper goes through a plastic state in which its cohesion is so weak that it does not resist to the tensions resulting from the contraction around a non-deformable core.
This difficulty is overcome by the present invention whereby the molding of the mold takes place around a specially constructed core yielding to deformation known as described below.
A suitable embodiment is shown by way of example in the accompanying drawing, in which:
Fig. 1 is a horizontal section of the mold ready for casting;
Fig. 2 is a vertical section along the transverse axis of this mold;
Fig. 3 is a longitudinal axial section.
Fig. 4 is a perspective view of a sheet metal core.
Fig. 5 is, on a larger scale, a fragment of FIG. 1, representing a construction detail.
Fig. 6 is a perspective view of an inverted frame for supporting the core.
In the drawing, A designates the outer mold used for casting the future core mold, and B designates the core.
This is the bottom of mold A. According to the drawing, mold A is
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formed of opposing side plates a, a and front plates b.b These plates are assembled in any suitable manner, preferably by means of bands or strips surrounding the mold on the outside and stretched by means of wedges or otherwise; any other device can obviously be used to assemble the elements or parts of the outer mold.
The bottom C can also be fixed in any suitable way; in the case of a sufficiently heavy mold, the weight of the latter can be used to hold the base in place. The core is kept in its place inside the mold in any suitable way.
As shown in Fig. 4, the core B is formed of a hollow sheet body, instead of being, as hitherto, a solid casting in which conduits for the circulation of water are formed or drilled. The metal employed is preferably copper, in the form of sheets or thin plates. The thickness of these can vary, but thicknesses between 1.6 and 3.2 mm are a suitable range The top and bottom of the core are preferably open, the metal sheets or plates ±, ± being folded so as to form the side and front walls of the core.
The best construction is to form the core of two sheets or plates folded at their ends, these folded parts d, d being firmly riveted by two rows of rivets, as clearly shown in Figs. 1 and 4. Although the plates constituting the side walls may be planar, it is advantageous to corrugate them to facilitate their extension when the plates heat up during casting, thus avoiding deformation of the core. This corrugated part is represented in e, e. The wavy part
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can extend over the entire side wall, but it is preferable to limit it to the middle part as shown in Figs. 1 and 4, leaving non-wavy bands f, f near the edges of the nucleus.
In order to better avoid deformation of the core, it is useful to connect its opposite faces by spacers g, g suitably spaced and made of copper rods passing through the core, the ends of the spacers passing through holes in the sheets and being flattened like rivets. (See Fig. 5).
The hollow core thus constructed is placed in mold A, then filled with solid material, which is a good conductor of heat. The role of this reraplissing material is twofold: first, it strengthens the thin hollow core and prevents it from being crushed by the pressure of the metal cast around it, which weakens it as a result of the warming up; second, the filler material wicks heat away from the core made of sheet metal thereby preventing its melting. Inside the filling material, gaps form in which air or another gas or fluid used for cooling is trapped. The best results are obtained with metal, preferably with copper, in the divided state, for example in the form of chips, sawdust, chippings or the like.
The infill is tightly packed enough to provide sufficient support for the walls of the core.
In order to effectively cool the core, it is important to provide it inside with a cooling device, preferably with a circulating water coil. This cooling coil, designated by F in the drawing, is preferably introduced from above and put in place before
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the introduction of the filling D. The coil is preferably made of an elbow and elbow tube, as shown in Fig. 3, and the spacers g, g are arranged so as not to interfere by their presence with the introduction of the coil after the placement of the hollow core in the outer mold.
A rapid circulation of water is maintained in the coil during casting; Good results have been obtained with a pressure of 2 to 4 kg / cm and a temperature of 88 to 99 C. It is preferable to make the coil of copper tubes, although iron or steel tubes can be used.
With such a water-cooled core, the process consists in placing the hollow body of sheet copper (coated as usual with animal black) in the mold, holding it provisionally by suitable means, for example. by wedges; then lower the coil into the hollow core, secure it in place and introduce the filler, stuffing it carefully to fill the space around the coil and into the hollow core as compactly as necessary. After removing the shims, the mold is ready for casting.
Cast copper molds are most conveniently made with a sheet copper core filled with small piece copper, the core being held in place in the center of the mold. Before placing the core, or in any case before casting, the core must be carefully coated with the usual mixture of animal black; dry animal black should also be sown around the joint between the pit and the base plate C of the mold. After casting, when the cast copper has cooled sufficiently, the outer mold A is disassembled and removed, then the coil and the filling are removed from the core. Usually. -
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the filling is easily detached from the sheet metal core, but sometimes it partially adheres to it as a result of melting.
The hollow core usually adheres somewhat to the interior of the cast mold cavity, and in this case must be detached from it, with the exception of certain parts, particularly at the lower corners of the core, which may be glued by. copper fusion constituting the cast mold. The cavity of each mold must be erected by machining, and this operation allows the adherent parts of the hollow core to be quickly detached. When this and the filling are made of copper, any soiling of the cast metal is avoided.
If, although the filling generally prevents the core from being affected by the pressure due to the weight of the copper poured around it, the core gave in places, its resulting flattening is only very slight and the consequences are easily corrected during machining of the mold cavity.
The core and coil can be held in place inside mold A in a number of ways. For example, a device can be provided to hold the hollow core in place, the coil being held by the filling material; you can also secure the coil and use the filler material to hold the core in place. Although these different means can be applied successfully, the latter is considered preferable.
In order to keep the hollow core in its place tomorrow, it is nested on its upper end, as shown in Figs. 2 and 3 a frame G shown in FIG. 6, suitably disposed relative to the mold A; this is achieved by providing the frame G with pins or tenons j engaging in the hollows k at the top of the front plates
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b b. The bottom of the hollow core can be temporarily wedged.
The coil F is then lowered to its place inside the core, after which the filling material is introduced which is stuffed around the coil while keeping the lower part of it in the middle of the core. The filling thus introduced serves to hold the coil and the core in place with respect to each other. During this operation the coil is temporarily held in place, for example by means of wood wedges m, m engaged under the horizontal branches 1, 1 of the coil, as shown in Figs. 2 and 3. After having introduced all the filling material, these wedges are no longer necessary and can be removed, as can any other wedging device which could have been introduced around the bottom of the hollow core. The mold is then ready for casting, as described above.
The slightly deformable improved core according to the invention has advantages over rigid cores.
In the case of a rigid or massive core, cooled or not with water, the core cannot follow the contraction of the cast metal which surrounds it and which can crack when cooling, as a result of the internal stresses developed in the core. its mass. The core according to the present invention yields or flattens during the contraction of the cast metal which surrounds it, to an extent which avoids any cracking of the contracting cast metal and which allows perfect castings to be obtained. The particular construction, shape and dimensions of the core elements and of the devices serving to support the parts during casting can of course be changed as required without departing from the scope of the invention.
Although it is mentioned that the invention relates
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to the casting of copper molds with a hollow core preferably made of sheet copper, the invention is applicable to the casting of molds made of other metals, particularly of metals whose melting points do not exceed that of copper, and in this case it may be preferable to make the hollow core of the same metal as the one to be cast; however, in the case of metals so the melting point is not too high, it is preferable to use copper for the manufacture of the hollow core.
CLAIMS -----------------------------
1) A method of manufacturing a metal mold cast in one piece around a core, consisting in forming a deformable hollow sheet core, having the shape of the object to be cast in the mold, in placing this hollow core in an outer mold having a cavity, the shape of which corresponds to the outer shape of the casting mold, for introducing into the hollow core a filler material in a divided state, which conducts heat, surrounding a cooling device and pouring the metal between the outer mold and the deformable core.