Machine pour la fonte sous pression, présentant des moyens permettant d'éviter les surpressions se produisant dans le moule lors de l'injection L'invention a pour objet une machine pour la fonte sous pression, présentant des moyens permettant d'éviter les surpressions se prodùi- sant dans le moule lors de l'injection: L'expression < machine pour la fonte sous pression , qui est utilisée dans cette descrip tion, comprend les machines dans lesquelles le dispositif d'injection est monté horizontalement ou verticalement et qui présentent une cham bre froide ou une chambre chaude.
Les ma chines du type à chambre chaude sont souvent dénommées machines à fonte injectée , mais elles présentent les mêmes particularités, tout au moins en ce qui concerne leur principe fon damental, qui est l'injection sous pression.
On sait que dans les machines pour la fonte sous pression, dans lesquelles une des moitiés du moule est mobile, on emploie, en général et de préférence, des dispositifs hydrauliques pour fournir les forces de fermeture du moule et d'injection de la matière. On peut constater que pour produire des pièces de fonderie aussi parfaites que possible, notamment en -ce qui concerne la qualité de leur surface, il est indis pensable que la durée de remplissage du moule soit minimum, ce qui entraine en général des hautes vitesses des masses en mouvement pen dant l'injection.
L'application de ces hautes vi tesses présente cependant nécessairement les in convénients suivants En faisant une distinction précise entre les différentes phases de l'opération d'injec tion, on peut déterminer qu'il se produit des forces de freinage excessivement élevées au début, au cours et surtout à la fin du remplis sage de la cavité du moule, dues à l'arrêt bru tal inévitable de toutes les masses qui sont en mouvement à ce moment.
Ces énergies de freinage et les surpressions brusques qui en résultent dans le dispositif hy draulique de commande et qui dépassent de beaucoup la pression statique de commande, exercent tout d'abord une action nuisible sur différentes parties de la machine et du dispositif hydraulique de commande et elles sont surtout nuisibles par leur action sur la masse fondue placée dans la cavité du moule, par laquelle les forces sont transmises à la partie mobile du moule, ce qui rend impossible une fermeture parfaite de ce dernier.
La compressibilité rela tivement faible de la masse en fusion et du fluide hydraulique de commande, d'une part, et la rigidité des différentes parties de la ma chine, d'autre part, qui est nécessaire à un fonc tionnement approprié de l'installation, rendent inévitables ces surpressions élevées et brutales, de sorte que les forces d'injection sont plus élevées que la force de fermeture de la machine.
Il en résulte que la partie mobile du moule tend à être déplacée dans le sens de son ou verture contre l'action de la force de ferme- ture. La matière encore liquide peut donc sortir et provoquer des bavures aux surfaces de jonc tion du moule, ou même produire des projec tions de matière en fusion hors du moule. Les bavures provenant de l'ouverture du moule à la fin de l'injection nécessitent un travail sup plémentaire d'ébarbage de la pièce et rendent impossible le respect de prescription de tolé rances étroites.
En outre, ces bavures adhèrent souvent si fortement aux surfaces de jonction du moule qu'elles doivent être enlevées pour permettre une fermeture correcte de celui-ci. Les projections de matière en fusion présentent en partie les mêmes inconvénients que les ba vures, et elles constituent, en outre, un dan ger pour les ouvriers. Il en résulte un pourcen tage relativement élevé de pièces défectueuses.
L'invention a pour objet une machine qui comprend au moins un dispositif amortisseur destiné à absorber, vers la fin du remplissage du moule, au moins une partie de l'énergie cinétique des masses qui sont en mouvement au cours de l'injection et qui sont destinées à agir sur le métal en fusion pour l'injecter dans le moule. Le dessin annexé représente, schématique ment et à titre d'exemple, une forme d'exécu tion et des variantes de la machine pour la fonte sous pression faisant l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue partielle en coupe de la machine, en position de remplissage de la douille d'injection. La fig. 2 est une vue analogue montrant la position de la machine à la fin de l'injection du métal dans le moule. Les fig. 3 à 6 se rapportent à des variantes d'exécution de parties de la machine.
Dans le dessin, 1 indique la partie du bâti de la machine portant un moule formé de deux parties 2 et 3, ainsi qu'une douille d'injection 4. La partie fixe 2 du moule est placée contre le bâti 1 et présente un canal 5 prolongeant la douille d'injection 4. La partie mobile 3 du moule est serrée sur la partie 2 par des organes de serrage 6. Le métal en fusion pénètre dans une cavité 7 du moule par une embouchure 8.
Un cylindre 10 est fixé au bâti 1 par des goujons 9. Ce cylindre 10 est relié par une conduite 11 à une vanne à trois voies 12 per mettant de le mettre en communication soit avec une conduite 21 d'amenée d'un liquide sous pression, soit avec une conduite d'échap pement 14. La conduite 21 d'amenée du liquide sous pression communique avec un accumula teur d'énergie 13.
Dans le cylindre 10 est disposé un piston 15 de commande d'un piston d'injection 16 coulissant dans la douille d'injection 4. Ce pis ton 15 est solidaire d'une tige 17 traversant le fond du cylindre 10 et reliée à une traverse 18 portant deux tiges de pistons 19 coulissant dans des cylindres 20 dont les axes sont paral lèles à celui du cylindre 10. Les cylindres 20 sont reliés dans leur fond à la conduite 21 de fluide sous pression et sont destinés à provo quer le mouvement de retour du piston 15 au fond du cylindre 10 après chaque course de travail.
Le piston 15 est creux, et l'extrémité ou verte de son évidement 22 est fermée par un écrou 23 qui sert de butée pour une pièce 24 portant un ressort 25. L'écrou 23 présente une ouverture centrale traversée par une tige 26 reliée à l'une de ses extrémités au piston 16 et vissée à l'autre extrémité dans la pièce 24. Le fonctionnement de la machine est le sui vant .
Après avoir versé du métal en fusion 27 dans la douille 4, on ouvre la vanne 12 de manière à amener le fluide sous pression dans le cylindre 10. La pression hydraulique régnant dans ce dernier n'atteint que la valeur qui est nécessaire pour vaincre la pression hydrau lique s'exerçant sur les pistons 19 et toutes les forces s'opposant à l'avancement du piston d'injection ces forces comprenant principale ment les forces d'inertie et dé frottement. Quand le métal arrive dans l'embouchure 8 du moule la résistance offerte au passage du mé- tal augmente de sorte que la pression
hydrau lique dans le cylindre de commande 10 aug mente aussi, mais reste cependant bien infé rieure à la pression quasi statique régnant dans l'accumulateur 13, en raison de la perte de charge se produisant entre ledit accumulateur et le cylindre 10. En effet, la vitesse du liquide dans la conduite 11 est élevée et atteint en général une valeur de 30 mètres à la seconde environ. La pression agissant sur le piston de commande 15 est donc égale à la pression statique régnant dans l'accumulateur 13 dimi nuée des pertes de charge se produisant dans les conduites.
On peut ainsi connaître la force exercée sur le piston d'injection 16 pendant l'introduction du métal dans le moule, et le ressort 25 est comprimé par butée de la pièce 24 contre l'écrou 23 de façon à juste équili brer cette force lorsque la pièce 24 est placée dans la position représentée à la fig. 1.
A la fin du remplissage de la cavité du moule, la pression dans le cylindre de com mande augmente jusqu'à la valeur statique de la pression dans l'accumulateur 13, et en même temps le ressort 25 est comprimé jus qu'à ce qu'il équilibre cette pression statique. Ce résultat est obtenu un peu avant que l'extré mité de la tige de la pièce 24 entre en contact avec le fond du piston 15, comme le montre la fig. 2. Pendant sa compression, le ressort 25 absorbe un travail égal au produit de la diffé- rence existant entre la poussée statique et la poussée d'injection, par la longueur sur laquelle il est comprimé.
Ce travail est équivalent à l'énergie cinétique du fluide en mouvement, énergie qui donnerait lieu à un coup de bélier si elle n'était pas absorbée par ledit ressort. En outre, ce ressort absorbe encore l'énergie ci nétique due au mouvement du piston 15 et des masses des organes 17, 18, 19 qui en sont soli daires. La valeur maximum de la pression peut même dépasser la pression statique dans le cas de vitesse d'injection élevée et selon la masse des pièces mobiles 15, 17, 18, 19.
Tou tefois, cette valeur maximum n'atteint jamais une valeur aussi élevée que lorsqu'il n'est pas prévu de dispositif amortisseur. Pour retirer le piston 16 en arrière, il suf fit d'inverser la position de la vanne 12 pour permettre au liquide contenu dans le cylindre 10 de s'écouler par la conduite 14. Dans cette position de la vanne 12, le liquidé sous pres sion, amené par la conduite 21, pénètre alors dans les cylindres 20 et repousse les pistons 19. Au moment de l'ouverture de la vanne 12, le ressort 25 se détend de façon à reprendre la position indiquée à la fig. 1.
La fig. 3 montre une variante selon la quelle le dispositif amortisseur est constitué par un piston libre 28 qui est maintenu dans sa position de repos par un ressort 25 qui est sous une tension déterminée, comme indiqué ci-dessus. Le piston 28 se déplace d'ans. un cy lindre 29 qui est relié au cylindre 10 par une conduite 30. Les extrémités du cylindre 29 sont fermées par des bouchons 31 et 32, le bouchon 31 présentant une saillie 33 consti tuant une butée qui définit la position de repos du piston 2:8. Le bouchon 32 peut être vissé dans le cylindre 29 sur une distance suffisante pour permettre de régler la tension dû ressort pour la position de repos du piston libre 28.
Dans cette forme d'exécution, le piston de commande est constitué par un piston différen tiel constitué par une partie cylindrique 34 cou lissant dans le cylindre 10 et reliée à un corps 34a cylindrique, de plus petit diamètre. Ce corps 34a coulisse. dans un alésage 37 de fer meture du cylindre 10 et est relié par la tige 26 au piston d'injection 16.
On voit que le piston 34 présente deux surfaces de travail opposées de sections différentes. Pour l'injection, on en voie le fluide sous pression par la conduite 11 comme dans la forme d'exécution précédente,
tandis que le retour du piston est obtenu par l'action du liquide sous pression constante ve nant par la conduite 21 dans une chambre 35 et agissant sur la surface annulaire que pré sente la partie 34 du côté du corps 34a. Le piston 34 présente une butée 36 des tinée à coopérer avec l'écrou 37 de fermeture du cylindre 10 disposé de façon à -limiter le mouvement possible du piston 34 jusqu'à une position dans laquelle ce dernier n'obture pas l'orifice d'amenée de liquide dans la chambre 35.
On voit que dans cette forme d'exécution, la masse des corps se déplaçant en même temps que le piston 34 est beaucoup plus faible que dans la forme d'exécution précédente.
Le fonctionnement de ce dispositif amortis seur est identique à celui de la forme d'exécu tion précédente, mais seule l'énergie cinétique du fluide hydraulique est amortie, un léger choc subsistant du fait de l'énergie cinétique du piston de commande 34. Cependant, cette dernière pièce peut être relativement légère, de sorte que le choc résultant est moins important que dans le cas d'une machine présentant un piston de commande selon les -fig. 1 et 2. En plus, la forme d'exécution représentée à la fig. 3 est avantageuse, car le dispositif amortisseur peut être facilement ajouté sur des machines existantes.
Il est cependant bien entendu que dans cette forme d'exécution, le piston de com mande pourrait être du même genre que celui représenté à la fig. 1.
La fig: 4 représente une variante d'un dis positif amortisseur susceptible d'être utilisé dans la forme d'exécution selon la fig. 3. La con duite 30 aboutit dans un cylindre 44 dont une extrémité inférieure est fermée par un couver cle 45 fixé par des vis 46. Le cylindre 44 con tient un piston libre 47, solidaire d'une tige 48 traversant un alésage du couvercle 45, cet alé sage étant garni d'une garniture d'étanchéité (non- représentée). La tige 48 présente une partie 49 de plus grand diamètre, qui est des tinée à buter contre 1e couvercle 45 pour déter miner la position de repos du piston libre 47. La partie supérieure du cylindre 44 communi que avec une conduite 40 'dont l'extrémité est munie d'une vanne -41.
Un manomètre 42 per met de mesurer la pression régnant dans le cy- lindre 44 et un certain volume de liquide 43 est prévu au-dessus du piston 47 pour assurer plus facilement une bonne étanchéité entre ce dernier et le cylindre 44. Avant la mise en marche de la machine, on envoie de l'air comprimé dans la partie su périeure du cylindre 44 jusqu'à ce qu'on ob tienne la pression voulue. Cette pression devrait être approximative ment égale à la pression statique de l'accumu lateur 13 diminuée de la perte de charge du li quide dans la conduite 11 et la vanne 12. Lorsque cette pression est atteinte, on ferme la vanne 41, et la machine peut être mise en marche.
Le fonctionnement de ce dispositif amor tisseur est analogue à celui selon la fig. 3. Au moment où le moule est rempli, le fluide circu lant à grande vitesse dans la conduite 11 n'est pas bloqué brusquement, mais change de par cours et pénètre dans le cylindre 44 par la con duite 30 en déplaçant le piston 47 contre le coussin d'air contenu dans ledit cylindre 44. Le piston 47 sert d'intermédiaire pour transmet tre l'énergie cinétique du fluide arrivant par la conduite 30 au coussin d'air et il empêche que l'air contenu dans le cylindre 44 puisse se dé tendre complètement lorsque la pression est supprimée dans la conduite 30 au moment où la conduite 11 est mise à l'échappement par la vanne 12.
La partie de la tige 48 qui sort de ce dernier permet de vérifier que le piston 47 ne se déplace pas au début de la course d'in jection, mais seulement vers la fin de celle-ci. Il est évident que la longueur de la conduite 30 et la masse du piston libre doivent être aussi faibles que possible dans les formes d'exécu tion selon les fig. 3 et 4.
Enfin, il n'est pas indispensable que l'élé ment élastiquiformé soit par le ressort 25, soit par le coussin d'air dans le cylindre 44, se trouve déjà sous tension avant le début de la course d'injection du piston 16, mais si ledit élément élastique est à l'état détendu au début de l'injection, il en résulte une diminution de la vitesse de cette dernière pendant la mise sous tension dudit élément, diminution qui, d'ans certains cas, peut nuire à -la qualité de la pièce obtenue.
Il est aussi possible d'absorber pratique ment toutes les composantes de l'énergie ci nétique des masses dont le mouvement est blo qué en fin d'injection, ce qui assure un fonc tionnement très doux de la machine et évite l'usure rapide des pièces. La durée de vie de la machine, et en particulier celle du moule, de la douille 4 et du piston d'injection 16, est, de ce fait considérablement augmentée. En outre, le fonctionnement de certaines parties de la ma chine est beaucoup facilité, notamment en ce qui concerne les extracteurs, les glissières et les noyaux.
Dans les machines connues, ne pré sentant pas d'amortisseur de choc comme dé crit ci-dessus, ces extracteurs, et surtout les glissières et noyaux peuvent coincer très sou vent par suite des bavures de métal pénétrant entre eux et leur logement. Par contre, en ab sorbant une grande partie de l'énergie cinéti que qui sans cela donnerait naissance à des chocs, les défauts de fonctionnement par suite de coinçage disparaissent.
La fig. 5 représente une partie d'une ma chine dans laquelle l'énergie cinétique est ab sorbée au maximum. Cette figure représente le moule 2, 3, la douille 4 et le piston 16 d'in jection d'une machine dont le reste est iden tique à celle représentée aux fig. 1 et 2. Dans ce cas, le piston d'injection 16 est monté de manière à pouvoir coulisser à l'extrémité de la tige 26. Ce piston 16 est creux et dans son 6vi- dement est placé un ressort à boudin 50 pre nant appui, d'une part, contre la face avant du piston et, d'autre part, contre un épaulement 51 de la tige 26.
La partie arrière du piston 16 présente un bouchon fileté 52 formant butée pour l'épaulement 51. A la fin du remplissage du moule, le ressort 50 est comprimé et peut emmagasiner l'énergie cinétique de la tige 26 et des masses qui y sont rattachées.
De ce fait l'énergie cinétique de toutes les masses en mouvement de la machine est absor bée à l'exception de celle provenant de l'éner gie cinétique du piston 16 lui-même et du mé tal en fusion 27. Pour absorber cette dernière composante d'énergie cinétique, la partie 3 du moule présente un logement dans lequel peut coulisser une tige 53 formant piston.. Cette tige présente un épaulement annulaire 54 con tre lequel prend appui un ressort 55 logé-dans un cylindre 56 fixé à la partie 3 du moule. La tension du ressort 55 peut être réglée en vis sant plus ou moins profond un bouchon 57 pla- cé à l'extrémité du cylindre 56.
A la fin du remplissage du moule, le métal pénètre dans un canal 58 ménagé à la partie supérieure de la cavité du moule et repousse la tige 53 contre l'action du ressort 55 qui est dimentionné de manière à absorber l'énergie cinétique du mé tal 27 et du piston d'injection 16. La pression exercée par la tige 53 sur le métal fondu, lorsque la compression du ressort 55 est ter minée, doit être approximativement égale à la pression statique exercée sur le métal par le dispositif d'injection.
Il est bien entendu que ces modifications pourraient aussi être apportées aux autres ma chines décrites, par exemple à celle représentée à la fig. 3. Dans ce cas, le ressort 50, logé dans le piston d'injection 16, devrait être plus fort, de façon à pouvoir absorber non seulement l'énergie cinétique de la tige 26, mais encore celle du piston de commande 34.
Il est égale ment évident que les ressorts peuvent être rem placés par d'autres éléments élastiques et qu'en particulier, le ressort 55 pourrait être remplacé par un coussin d'air comprimé, la liaison entre ce coussin et la tige 53 pouvant être réalisée par l'intermédiaire d'un fluide hy draulique.
L'efficacité de l'absorption de l'énergie ci nétique peut encore être augmentée lorsqu'on limite la pression agissant sur la matière con tenue dans le moule pour qu'elle reste infé rieure à la pression statique de la machine, au moins jusqu'à ce que la matière injectée se soit partiellement solidifiée. La fig. 6 représente une partie d'une ma chine du genre de celle représentée à la fig. 3, qui a été modifiée pour permettre d'obtenir la condition de fonctionnement susmentionnée.
Dans cette machine, la chambre du cylin dre 35, dans laquelle arrive le liquide chassant le piston de commande 34, est mise en com munication avec un réservoir 59 contenant un coussin d'air comprimé. La liaison entre ce ré servoir 59 et la chambre 'précitée du cylindre 35 est réalisée par une conduite 60 de grande section et présentant une vanne de réglage 6,1 et une soupape de retenue 62. Le réservoir 59 présente à sa partie Wérieure'uhe- conduite<B>'63</B> munie d'un manomètre 64 et reliée par une vanne 65 à une conduite 66 d'amenée d'air sous pression.
Une dérivation 67 de section plus pe tite que la conduite 60 comprend une soupape ,à ouverture automatique 68 qui permet au fluide hydraulique contenu dans le réservoir 59 de s'échapper de ce dernier dans certaines conditions qui seront indiquées plus loin. Avant la mise en marche de la machine, .on ajuste la pression d'air- régnant dans le réser voir 59 à l'aide de la vanne 165 et en la con- trô1ânt-au-moyen du manomètre 64 pour qu'elle soit égale, ou même légèrement inférieure, à la pression régnant dans le cylindre 35 pen dant la phase d'injection.
Lorsque le moule est rempli, le liquide hydraulique circulant à gran de vitesse dans la conduite 11 n'est pas bloqué brusquement, mais change de \parcours pour pénétrer dans le réservoir 59 par la conduite 60. Au cas où la pression à l'intérieur du ré servoir 59 est inférieure à celle régnant dans le cylindre 35 pendant l'injection, une certaine partie du liquide s'écoule déjà pendant cette in jection dans le réservoir 59, de sorte que l'or gane obturateur de la soupape de retenue 62 est déjà soulevé de son siège.
Par conséquent, lors' de l'arrêt brutal du piston de commande 34 à la fin du remplissage du moule, le liquide circulant à grande vitesse n'a pas à surmonter l'inertie de l'obturateur de la soupape 62 et de la masse du fluide hydraulique pour pénétrer dans le réservoir 59. Les dimensions dé ce dernier sont suffisantes pour qu'il s'écoule un temps relativement long jusqu'à ce que la pression de son coussin, d'air comprimé attei gne la valeur statique de la pression du liquide fourni par la conduite 21.
Avant que cet équi libre s'établisse, la pièce injectée a déjà subi une solidification au moins partielle, de sorte que dans ce cas, la force de fermeture du moule peut être inférieure à celle nécessaire pour équilibrer la pression statique.
La vanne 61 permet de modifier l'efficacité du dispositif amortisseur en ce qui concerne la durée de son action et sa capacité d7amor- tissëment. En effet, en provoquant un étrangle- ment de la conduite 60 du moyen de la'vanne 61, on provoque une augmentation brusque de la pression régnant dans le cylindre 35 au mo ment du remplissage complet du moule, cette augmentation pouvant cependant être mainte nue à une valeur inférieure à celle de la pres sion statique. Du fait de cet étranglement, le remplissage du réservoir 59 est plus long, de sorte qu'il s'écoule davantage de temps jusqu'à ce que la pression atteigne sa valeur statique.
Ainsi, on peut modifier la durée de l'amortisse ment par une simple man#uvre de la vanne 61, pour permettre de tenir compte des différentes durées nécessaires à la solidification des pièces, cette durée variant en fonction du volume et de la forme de ces pièces. Quand le cycle d'opéra tions de la. machine est terminé, c'est-à-dire au moment du changement de position de la vanne 12, la pression plus élevée dans le ré servoir 59 provoque l'ouverture de la soupape 68 .en même temps que la fermeture de la vanne de retenue 62. Le liquide contenu dans le réservoir 59 peut donc s'écouler par les con duites 67, 11 et 14.
La soupape 68 est réglée de manière à se refermer automatiquement lorsque la pression dans le réservoir 59 s'est abaissée jusqu'à une certaine valeur.
Après la fermeture de la soupape 68, la machine est donc prête à recommencer un nou veau cycle d'opérations d'injection.