Four de coulée de précision sous vide ( VPIC)

En règle générale, le produit obtenu par le four (VPIC) subit un traitement additionnel sous vide. L’une de ces applications est le moulage de précision à modèles perdus sous vide pour fabriquer des pièces moulées innovantes et de grande qualité.

En utilisant les principes du procédé par « cire perdue », un moule céramique est préparé et réchauffé avant la coulée. Une quantité prédéterminée de métal pré-allié est ensuite fondue puis versée dans le moule céramique chaud sous pression.

Les procédés conventionnels effectuent la coulée avec pour résultat des structures de grains équiaxes ou orientés qui s’opérent de façon aléatoire. La coulée monocristal et orientée est désormais obligatoire pour la technologie se rapportant aux turbines, étant donné que le progrès technique a permis de produire des coulées de grandes dimensions en utilisant ces méthodes.

Les commandes PC SCADA les plus récentes sont intégrées aux fours de coulée de précision sous vide modernes pour surveiller et contrôler avec précision les paramètres de fusion et de coulée. De cette manière, les propriétés métallurgiques du composant coulée sont optimales.

Pour les capacités de fusion de 15 à 200 kg, Consarc offre une conception horizontale ou verticale à deux chambres pour le fonctionnement en semi-continu. Les équipements pour la coulée équiaxe, orientée (O) et monocristal (MC) sont disponibles pour cette gamme de dimensions.

La conception à deux enceintes comprend une chambre de fusion qui contient la bobine pour la fusion à induction et une zone de chauffage du moule pour les applications O/MC. Une vanne d’isolation sous vide sépare la chambre de fusion de la chambre du moule. La chambre du moule intègre le mécanisme de transfert du moule. Ce type d’installation permet de réaliser la fusion et la coulée dans un mode semi-continu tout en rendant indépendante la manipulation du moule céramique et des opérations de transfert.

Coulées monocristal et orientées

Les coulées monocristal (MC) et orientées (O) sont requises dans le domaine de l’aéronautique et des applications de turbines à gaz industrielles en raison de leurs propriétés mécaniques supérieures sous des températures de fonctionnement très élevées. Les fours destinés à couler ces composants présentent des options qui permettent de contrôler le procédé de solidification pendant la coulée. La chambre de fusion supérieure comprend une zone de chauffage du moule qui permet de réchauffer la moule céramique à des températures plus élevées que la température de l’alliage liquide avant la coulée. La zone de chauffage du moule est réchauffée par induction pour offrir un contrôle optimal du gradient thermique dans le moule.

Les moules sont placés sur une plaque refroidie par eau et une zone de refroidissement équipée d’un déflecteur situé directement en dessous de la zone de chauffage pour créer un gradient thermique permettant de solidifier le composant coulé. Un système d’entraînement électromécanique de précision contrôle le retrait du moule de la zone de chauffage à travers la zone de refroidissement pour créer un gradient thermique optimal et de là, une orientation des grains ou monocristal dans le produit coulé.

Pour obtenir une coulée orientée, la température de coulée doit être plus élevée que la température de fusion de l’alliage pendant la séquence de coulée initiale. Cette opération est réalisée grâce à la zone de chauffage du moule ; après cela, elle est refroidie dans une seule direction pour commencer le procédé de solidification (voir figure ci-dessous).

Figure 1 – Coulée orientée

DS casting

La coulée MC se produit de la même façon que celle d’une coulée orientée, sauf qu’un « sélecteur » de grain est ajouté à la partie inférieure du moule, comme indiqué dans la figure ci-dessous :

SC casting

Dans les fours verticaux destinés aux applications O/MC, le mécanisme de levage et d’abaissement comprend un système d’entraînement électromécanique ou hydraulique qui est contrôlé en fonction du degré de précision souhaité. Ce niveau de contrôle est essentiel au moment de retirer le moule de la zone de chauffage pour que l’orientation du grain dans la pièce de fonderie soit optimale. Consarc offre des zones de chauffage de moule à chauffage par résistance ou à induction avec l’option d’avoir une ou plusieurs zones de contrôle en fonction de l'application et/ou des préférences du client.

Déflecteur O/MC interchangeable

Un déflecteur d’isolation thermique, situé en dessous du réchauffeur du moule dans les fours O/MC permet de générer un gradient de grand refroidissement dans la zone de solidification. L’importance du déflecteur dans ce procédé est cruciale. Le déflecteur est normalement mis en place pendant le réglage du réchauffeur avec le four ouvert et le réchauffeur froid.

Consarc peut, en option, mettre à disposition les moyens permettant de mettre en place et de retirer/échanger le déflecteur avec la chambre de fusion sous pression sans avoir à éteindre le réchauffeur du moule. Cette option améliore considérablement la productivité du four.

Fours de coulée de précision sous vide équiaxes de grandes dimensions

Afin d’augmenter la gamme de fours de coulée de précision sous vide, Consarc dispose d’une grande gamme de fours pour les coulées simples ou multiples pour les turbines à gaz industrielles ou autres applications.

Grâce à une conception à deux chambres verticales ou horizontales, la gamme de fours de dimensions plus élevées rend possible des coulées de type équiaxes de 150 à 500 kg.

Équipements électriques à induction

L’énergie provient d’une source d’alimentation électrique à induction à semi-conducteurs Inductotherm. L’énergie est conduite à travers la chambre de fusion sous vide par l’intermédiaire d’un système d’alimentation rotatif coaxial refroidi par eau ou par une série de traversées d’alimentations jusqu’à la bobine du four de fusion.

Commandes

Toutes les installations Consarc ont un système de commande totalement intégré pour un fonctionnement sûr et optimal du four.

En plus des commandes à distance ou par opérateur, les fours Consarc sont tous équipés d’automate et peuvent être optionnellement munis de systèmes de commande SCADA basés sur PC qui favorisent l’automatisation pour maintenir la répétitivité entre les coulées.

En mode automatique, l’opérateur peut choisir entre des gammes préalablement définies ou peut introduire une nouvelle série de paramètres de gamme. Une fonction « apprentissage » a été mise en place pour que les opérations manuelles (comme le contrôle de la vitesse de basculement, du positionnement du creuset et de l’emplacement du moule) puissent s’effectuer correctement et être enregistrées par l’ordinateur afin d’être ultérieurement reproduites en mode automatique (voir commandes de basculement/coulée ci-dessous). Les fonctions d’acquisition de données sont incluses avec l’option d’analyse de commande par programme enregistré (SPC).

Commandes de basculement/coulée

Les commandes pour les opérations de coulée sont cruciales dans les applications de coulée de précision sous vide. Pour satisfaire les exigences les plus strictes, Consarc a mis au point une série de traversées étanches pour l’alimentation et un mécanisme basculement pour pouvoir couler le métal rapidement et avec précision dans les moules depuis la bobine d’induction. La bobine d’induction peut être basculée sur son axe de coulée et déplacée transversalement pour rapprocher le bec de coulée du creuset aussi près que possible du moule. Le contrôle de l’angle de basculement et du déplacement transversal de la bobine du four est rendu possible grâce au système de commande par PC/automate selon une gamme prédéfinie et automatique. Ceci garantit une très bonne répétitivité des coulées au contraire d’une coulée manuelle.

Bobines d’induction de changement rapide

Un système de connection de bobine d’induction unique, spécialement conçu par Consarc et Inductotherm, offre la possibilité d’utiliser différentes bobines de fusion pour un même four. Cette caractéristique accroît la flexibilité du système.