Domaine technique de l’invention

L’invention appartient au domaine du génie des procédés industriels, et plus particulièrement au domaine du moulage, qui implique le refroidissement de matière à l’état de fusion dans un outillage comprenant un moule permanent. Cette matière à l’état de fusion peut être un métal ou un matériau polymère. Plus précisément, l’invention concerne le refroidissement de l’outillage de coulée et de la matière à l’état de fusion après l’introduction de cette dernière dans un moule métallique. Elle s’applique notamment au moulage par injection, à haute pression ou à basse pression, et au moulage par gravité.

L’invention concerne également le domaine du contrôle et de la mesure du débit dans des installations industrielles dans lesquelles un même conduit peut être parcouru alternativement par un flux de liquide et par un flux de gaz, et pour lequel on souhaite pouvoir mesurer de manière précise le débit de liquide sur sensiblement toute la durée de la période de circulation dudit flux de liquide.

Etat de la technique

On connaît des outillages industriels refroidis ou chauffés à l’aide d’un liquide caloporteur circulant dans des conduits aménagés dans ledit outillage ou dans un de ses composants. Le flux de ce liquide caloporteur peut ne pas être continu mais à débit variable ou même intermittent, en fonction des étapes du cycle de production de l’outillage. En particulier il peut être souhaitable d’interrompre le flux de liquide caloporteur pendant l’exécution d’une certaine étape, voire même de chasser le liquide caloporteur desdits conduits par l’injection d’un gaz.

Cette question se pose par exemple dans le domaine de la fonderie, pour refroidir les moules permanents d’une machine de moulage à injection, ou pour refroidir dans un tel moule permanent de manière sélective les noyaux en contact avec la matière à l’état liquide.

Le moulage est une technique métallurgique de mise en forme très ancienne. Aujourd’hui le procédé de moulage par injection dans un moule permanent est largement utilisé pour fabriquer des pièces de forme complexe en grande série. On produit ainsi par moulage en moules métalliques des pièces en divers alliages légers destinées au secteur de l’automobile, tel que des culasses et des carters ; on produit également des pièces de forme complexes pour l’industrie aéronautique et pour le génie mécanique, telles que des pièces de structure, des échangeurs de chaleur, des pièces de raccord mécanique ou fluidique. En dehors des alliages dits légers (aluminium, aluminium-silicium, magnésium) les alliages-non ferreux mis en forme par moulage par injection sont notamment des alliages de cuivre et des alliages de zinc. Dans le domaine des métaux ferreux on connaît notamment le moulage de la fonte.

Les moules permanents présentent en règle générale au moins deux parties, appelées coquilles, qui, en se fermant l’une sur l’autre, définissent la forme externe de la pièce moulée ; elles peuvent comprendre des noyaux, qui peuvent être fixes ou mobiles, pour former des orifices ou des dépressions dans la pièce. L’épaisseur de paroi des pièces moulées complexes peut varier de manière significative d’un endroit à l’autre. Puisque la chaleur latente de solidification est extraite par le moule, la vitesse de refroidissement locale dépend de l’épaisseur de la pièce. La vitesse de refroidissement influe sur la structure métallurgique au sein de la pièce moulée, à la fois sur la macro-ségrégation, sur la micro-ségrégation et sur la précipitation. Il s’ensuit que les caractéristiques mécaniques du matériau de la pièce moulée peuvent varier d’un endroit à l’autre, en fonction de la vitesse de refroidissement locale. Cela peut limiter la performance des pièces moulées, dans la mesure où le concepteur ne peut pas tirer pleinement profit des possibilités de l’alliage avec lequel il conçoit la pièce moulée. Cela complique également la modélisation des pièces moulées lors de leur conception. Et enfin, cela augmente le risque d’apparition de défauts dans des zones critiques de la pièce : ces défauts peuvent notamment être des retassures ou des porosités.

Pour pallier ce problème l’homme de métier utilise depuis des décennies des techniques de refroidissement local (appelé aussi « refroidissement dirigé ») du moule, à l’aide d’inserts refroidis, et en particulier des noyaux refroidis. Plus précisément, pour le moulage de pièces de forme complexe, telles qu’une culasse, le moule peut comprendre un ou plusieurs noyaux refroidis en contact avec le métal liquide, et/ou plusieurs corps tubulaires borgnes (que l’homme du métier appelle en anglais « core pin », ou, en français, « broche », et qui sera appelé ici « doigt de refroidissement ») en contact avec le métal liquide dans lesquels circule un fluide caloporteur. Ainsi on peut, de manière localisée, contrôler et augmenter la vitesse de refroidissement du métal liquide et en cours de solidification. L’augmentation de la vitesse de refroidissement influe sur la structure métallurgique du produit, qu’il s’agisse de la macro-ségrégation, de la micro ségrégation ou de la précipitation après solidification. Une de ces techniques est connue sous le nom de « jet cooling »

Ce refroidissement peut être continu ou non. Il est le plus souvent discontinu et synchronisé avec le cycle de production de la machine de moulage. La demanderesse commercialise des dispositifs de refroidissement par jet cooling dans lesquelles on injecte d’abord à travers une première entrée une quantité d’eau dans le corps tubulaire du doigt de refroidissemement relié à un répartiteur. L’eau résiduelle et la vapeur d’eau éventuellement formée sont chassées ensuite par un jet d’air injecté à travers une deuxième entrée sur le répartiteur avant l’arrivée du métal liquide dans le moule, afin d’éviter tout risque d’explosion en cas de contact direct entre l’eau et le métal liquide si le doigt de refroidissement est percé. Ce cycle (appelé ici cycle de refroidissement - évacuation) peut être répété plusieurs fois pour chaque cycle de moulage.

Le doigt de refroidissement est en alliage métallique qui résiste au contact avec le matériau fondu ; sa durée de vie est cependant limitée. Compte tenu du risque de percement par l’usure, on vérifie l’étanchéité du système après chaque cycle de moulage.

Plusieurs doigts de refroidissement peuvent être déployés au sein d'une même coquille. Cela augmente le nombre de degrés de liberté du concepteur de pièces mais peut entraîner un certain encombrement des abords de la coquille par des conduits d’eau et d’air.

Le jet cooling est devenu une technique de référence, qui a permis d’améliorer la qualité du procédé de moulage par injection, de diminuer le taux de rebut, de prolonger la durée de vie des pièces moulées et des noyaux, tout en diminuant le temps du cycle de moulage. Typiquement les moules qui mettent en oeuvre le refroidissement dirigé comportent plusieurs doigts de refroidissement, qui sont alimentés par l’intermédiaire d’un boîtier de distribution unique. Ce boîtier peut être fixé sur une coquille du moule. Il reste ainsi solidaire de la coquille, et les tuyaux qui le relient aux doigts de refroidissement restent en place ; cela évite de devoir installer les connexions fluidiques au niveau de chaque doigt de refroidissement lors d’un changement de moule.

Sur le plan thermique le cycle de moulage à injection ne conduit pas à un état stationnaire : il comprend une phase d’injection de matière à l’état de fusion, suivi d’une phase de solidification de la matière injectée, au cours de laquelle se produit un important transfert de chaleur de ladite matière vers la coquille, puis enfin une phase d’ouverture du moule pour décharger la pièce et éventuellement nettoyer la surface du moule ; après le nettoyage un traitement de surface peut être appliqué par aspersion avec un agent de séparation (poteyage). Il convient de souligner que la solidification de la matière fondue est une transition de phase accompagnée d’un flux enthalpique significatif. En tenant compte de tous ces paramètres, on constate que la thermique du moule peut être modifiée par une évolution ou une modification des paramètres globaux, telle que le temps de cycle de la coquille, la température du métal liquide, la température externe dans l’atelier, la température de l’eau injectée dans le doigt. Par ailleurs, la calibration du procédé de jet cooling peut être différente pour chaque forme de pièce et pour chaque endroit de la pièce, et elle dépend fortement de l’alliage utilisé. Il existe des modèles numériques pour simuler la distribution de température au sein de la pièce moulée ; ces modèles peuvent aider le concepteur du procédé lorsqu’il détermine la séquence de refroidissement par jet cooling.

Il s’ensuit qu’il est souhaitable de pouvoir contrôler au mieux les paramètres du refroidissement dirigé par jet cooling, et cela pour chaque circuit de refroidissement local. En effet, les moules peuvent comporter plusieurs conduits dans lesquels circule un liquide caloporteur, dont il faut contrôler et mesurer le débit, la pression et la durée d’injection. En règle générale, on chasse le liquide caloporteur et sa vapeur en fin de cycle de refroidissement local, et on effectue un test d’étanchéité du système avant d’introduire du métal liquide dans le moule; ces deux opérations peuvent se faire par injection d’air dans le conduit. En effet, si le système n’est pas étanche et du liquide caloporteur entre en contact avec le métal liquide, cette situation présente un risque d’explosion qu’il faut éviter.

Des machines de refroidissement pour moulage à injection sont proposées par plusieurs fabricants, notamment Lethiguel et Ahresty. Les machines de Lethiguel possèdent en général un réservoir de liquide caloporteur thermostaté qui alimente plusieurs circuits de liquide caloporteur, chaque circuit comprenant au moins un doigt de refroidissement ; dans les machines les plus récentes ce liquide tourne en circuit fermé. Il est injecté dans le circuit du doigt de refroidissement, pendant une certaine durée et avec un débit et une pression prédéterminés, puis chassé par un jet de gaz ; le liquide caloporteur est récupéré et retourne dans le réservoir thermostaté. Pour chaque circuit la durée d’injection par cycle de refroidissement - évacuation est programmable individuellement.

Cependant, les machines existantes ne permettent pas l’acquisition électronique des données. Ces machines donnent satisfaction, mais il serait désirable de les améliorer pour permettre aux concepteurs de pièces de fonderies de tirer pleinement profit du potentiel métallurgique de leurs alliages et procédés, tout en garantissant la qualité des pièces moulées et la répétabilité des procédés.

Une première amélioration est liée au contrôle de l’injection du liquide caloporteur. L’injection du liquide caloporteur se fait sous haute pression, typiquement de quelques bar à quelques dizaines de bar. Dans le but de mieux contrôler le cycle de refroidissement localisé du moule, il est désirable de connaître avec précision la quantité de liquide caloporteur injecté dans le doigt de refroidissement, par exemple au cours d’un cycle de refroidissement ou au cours d’un cycle de moulage, et de préférence en fonction du temps, par exemple pour pouvoir déterminer l’énergie totale absorbée par le fluide caloporteur. Un tel contrôle permettrait, d’une part, d’assurer la reproductibilité du procédé de refroidissement pour chaque pièce d’une campagne de production, et, d’autre part, de définir les paramètres du procédé de refroidissement dirigé lors du développement du cycle de coulée. S’il serait désirable de disposer d’une machine de refroidissement instrumentée qui comporte pour chaque circuit de fluide les capteurs nécessaires pour obtenir les informations souhaitées, il faudrait cependant veiller à ce qu’un tel dispositif se soit pas trop coûteux, et ne présenterait pas une complexité constructive et d’utilisation incompatible avec les contraintes d’un atelier de fonderie industriel.

Un autre problème posé par les systèmes selon l’état de la technique est lié à l’encrassement des circuits de liquide caloporteur : le contrôle de leur débit est perturbé par leur encrassement. C’est un phénomène lent ; on observe à longue échelle un encrassement des différents éléments des circuits de liquide caloporteur qui est susceptible de diminuer le débit, à pression égale. Il serait souhaitable de pouvoir détecter et suivre cette lente dérive afin de procéder à une opération de maintenance préventive, qui devrait intervenir de préférence au bon moment, c’est-à-dire ni trop tôt ni trop tard.

Une autre difficulté est liée à l’interchangeabilité de différents types de machines de refroidissement, provenant possiblement de différents fabricants. En fonction des besoins des campagnes de production les techniciens d’atelier de fonderie doivent pouvoir amener une machine de refroidissement disponible près la machine de coulée sans devoir se soucier de sa compatibilité avec la machine de coulée et avec d’éventuels organes de distribution des doigts de refroidissement restés en place sur la coquille du moule. Il est donc souhaitable de pouvoir utiliser avec une même machine de coulée différents types de machines de refroidissement et organes de distribution. Pour cela, ces machines doivent être interchangeables, et en particulier l’ensemble de leurs raccords fluidiques et électriques doivent être compatibles avec ceux de la machine de coulée et des organes de distribution.

Le branchement et l’interchangeabilité des connexions matérielles est facilitée par la disponibilité de raccords normalisés pour les connexions fluidiques et électriques : on branche sur la machine de refroidissement les trois tuyaux en provenance du répartiteur, à savoir le tuyau d’alimentation en gaz comprimé, le tuyau d’alimentation en liquide caloporteur et le tuyau d’évacuation, chacun avec son raccord normalisé. On branche par ailleurs une liaison d’alimentation électrique et un câble de transmission de signaux entre la machine de refroidissement et l’unité de contrôle de la machine de coulée pour commander les électrovannes, afin de synchroniser les cycles de refroidissement - évacuation de la machine de refroidissement avec le cycle de production de la machine de coulée. Ces branchements électriques se font également à l’aide de connecteurs normalisés.

En revanche, si l’on voulait ajouter des capteurs, le flux de signaux électriques analogiques et/ou digitaux entre la machine de refroidissement et des capteurs se situant à un niveau local n’est pas forcement normalisé. Un tel problème se poserait par exemple pour l’exploitation des mesures de débit pour déterminer l’énergie absorbée par le fluide caloporteur, et pour l’éventuelle prise en compte des signaux de commande de l’ouverture et fermeture des électrovannes dans l’exploitation des informations reçues des capteurs. Les équipements disponibles sur le marché ne permettent pas d’échanger des signaux digitaux entre la machine de refroidissement ou la machine de coulée d’une part, et des composants de mesure ou de commande situés au niveau local du moule.

Un premier problème que la présente invention cherche à résoudre est donc d’offrir un dispositif simple et robuste pour déterminer le débit ou la quantité totale d’un premier fluide circulant dans un circuit de refroidissement d’un appareil de jet cooling. Un autre problème est de proposer un procédé simple pour détecter l’encrassement d’un tel circuit. Les solutions apportées à ces problèmes ne doivent pas nuire à l’interchangeabilité des machines de refroidissement provenant de différents fabricants. Elles ne doivent pas non plus rendre plus complexe la connexion et la mise en route d’une machine de refroidissement dans un atelier de fonderie ou de plasturgie.

Les mêmes problèmes se posent pour d’autres types d’outils pourvus de conduits de refroidissement dans lesquels s’écoule un fluide caloporteur, par exemple certains types d’outils de forge ou de presse, certains types d’outils de coupe avec refroidissement interne, ou des moules pour le moulage par gravité.

Brève description des figures

Les figures 1 à 3 illustrent différents aspects de l’état de la technique dont la description est utile pour expliquer l’invention. Les figures 4 à 6 illustrent différents aspects et modes de réalisation de l’invention.

La figure 1 montre de manière schématique une coupe longitudinale à travers un doigt de refroidissement de type connu, monté dans un moule à injection.

La figure 2 montre de manière schématique le cycle de refroidissement - évacuation, synchronisé avec le cycle de fonctionnement d’une machine de moulage par injection. La figure 3 montre de manière schématique une machine de refroidissement reliée à une machine de moulage par injection dont le moule incorpore un doigt de refroidissement selon la figure 1.

La figure 4(a) montre de manière schématique une vue en éclaté d’un boîtier d’acquisition de données selon l’invention ; la figure 4(b) monter une vue en perspective de ce boîtier, la figure 4(c) montre une vue d’en haut.

La figure 5 monte de manière schématique une centrale de traitement de données selon l’invention.

La figure 6 montre la mesure du débit dans un doigt de refroidissement au cours d’un cycle de refroidissement - évacuation dans un système de refroidissement selon l’invention.

Les repères numériques suivants sont utilisés sur les figures :

Objets de l’invention

La demanderesse s’est rendu compte que la mesure globale du débit de liquide caloporteur, qui quitte la machine de refroidissement à travers un conduit de liquide caloporteur, est assez facile à effectuer moyennant l’ajout d’un débitmètre, mais n’est pas suffisante pour résoudre tous les problèmes. En particulier cette mesure globale ne permet pas de contrôler le débit dans chaque conduit de refroidissement. La demanderesse s’est rendu compte qu’il est nécessaire de mesurer de manière directe (i.e. locale) le débit de liquide caloporteur qui s’écoule dans chaque conduit de refroidissement.

L’invention sera expliquée ci-dessous pour le cas où le conduit de refroidissement dans l’outil à refroidir comprend un doigt de refroidissement inséré dans ledit outil ; le dit outil peut être un moule d’injection pour fabriquer de pièces métalliques par injection de métal liquide dans ledit moule, ou de pièces en plastique par injection de polymère liquide dans ledit moule.

L’insertion d’un débitmètre individuel dans le conduit d’admission de liquide caloporteur à l’entrée de chaque circuit de refroidissement dans l’outil, en amont de chaque boîtier de distribution, permettrait de déterminer le débit dans chaque doigt de refroidissement. Cependant, cette solution conduirait à un câblage complexe en amont du doigt de refroidissement, dans la mesure où chaque débitmètre doit être relié à l’automate de la machine de refroidissement, et sachant que les boîtiers de distribution peuvent se trouver à différents endroits du moule, et sachant que les coquilles sont des pièces chaudes que ne doivent en aucun cas toucher les câbles et conduits souples. Cette solution n’est donc pas satisfaisante.

Selon l’invention le problème est résolu par la combinaison de différents moyens.

Selon un premier aspect de l’invention on utilise un élément de mesure de débit (typiquement un débitmètre) individuel pour chaque doigt de refroidissement. Cela permet de contrôler le débit de liquide caloporteur au niveau de chaque doigt de refroidissement.

Selon un deuxième aspect de l’invention, on regroupe l’ensemble des débitmètres dans un seul boîtier dit boîtier d’acquisition de données. Ce boîtier regroupe pour chaque circuit destiné à alimenter un doigt de refroidissement un embout d’entrée et un embout de sortie, ainsi qu’un débitmètre. Ce boîtier possède par ailleurs au moins un élément de connexion pour brancher un câble permettant acheminer l’ensemble des signaux. Le boîtier peut présenter par ailleurs une entrée unique pour le fluide en provenance de la machine de refroidissement, et une sortie unique pour le fluide vers ladite machine de refroidissement. Ledit boîtier de mesure peut être fixé à proximité de la coquille, ou sur la coquille ; il peut demeurer sur la coquille lorsque la coquille est détachée de la machine de coulée à la fin de la campagne de production pour être mis au magasin de stockage en attente de nouvelle utilisation.

Selon un troisième aspect de l’invention les signaux bruts mesurés par le boîtier d’acquisition de données sont transmis à une centrale de traitement de données. Cette centrale de traitement de données exploite les signaux analogiques transmis par chaque débitmètre à travers la liaison électrique. Selon une variante avantageuse de l’invention, la centrale de traitement de données ne reçoit pas d’autres signaux ou commandes que les signaux issus des débitmètres. En particulier elle ne reçoit pas d’information de la machine de coulée ou de la machine de refroidissement, telle qu’une information sur l’actionnement des électrovannes présentes dans les circuits fluidiques. Cela évite des problèmes de compatibilité des machines de refroidissement avec un boîtier d’acquisition de données donné, ces problèmes de compatibilité pouvant être liés à la nature et au codage des signaux échangés entre la machine de refroidissement et le boîtier d’acquisition des données et/ou la centrale de traitement de données.

Selon un quatrième aspect de l’invention on place le débitmètre non pas dans le circuit de liquide caloporteur mais dans un conduit dans lequel peuvent être acheminés alternativement plusieurs fluides de viscosité très différente, tels que le fluide caloporteur et un gaz de purge. Cela permet notamment de déterminer le début et la fin de la période d’acheminement de chacun des fluides de viscosité très différente.

Selon encore un autre aspect de l’invention, le débitmètre est un débitmètre permettant de mesurer des flux en temps réel. On peut utiliser par exemple des débitmètres à hélice, des débitmètres à ultrasons, ou des débitmètres électromagnétiques, ou encore des débitmètres à effet vortex. Tous ces débitmètres mesurent en temps réel le débit de fluide dans un conduit et rendent un signal électrique qui peut être analysé et traité. On préfère les débitmètres qui donnent une lecture du débit stable, pour un débit constant, et qui sont peu sensibles aux différences de pureté de l’eau. Les débitmètres électromagnétiques peuvent être utilisés mais ne sont pas préférés, car l’éventuelle présence ou accumulation de particules métalliques dans le circuit peut perturber la mesure et nécessiter un étalonnage fréquent.

Ainsi, un premier objet de l’invention est un système de refroidissement pour un outil à refroidissement interne d’une machine, notamment pour le refroidissement dirigé de moules permanents dans une machine de moulage par injection, ledit système comprenant une pluralité de conduits de refroidissement en contact avec un outil de ladite machine, et une machine de refroidissement capable d’injecter dans lesdits doigts de refroidissement alternativement un fluide caloporteur et un gaz sous pression pour éliminer ledit fluide caloporteur dudit doigt de refroidissement. Ce système est caractérisé en ce que ledit système de refroidissement comprend une pluralité d’éléments dits de mesure de débit, chaque élément de mesure de débit étant apte à mesurer un paramètre représentatif du débit de fluide caloporteur injecté dans un conduit de refroidissement respectif. Ledit conduit de refroidissement peut être aménagé directement dans la masse de l’outil, sous la forme d’un canal, ou il peut se présenter comme un insert (tel qu’un doigt de refroidissement) que l’on insère dans une cavité aménagée dans l’outil.

Typiquement on prévoit un nombre d’éléments de mesure de débit égal au nombre de doigts de refroidissement, ce qui permet de mesurer le débit dans chacun des doigts de refroidissement.

L’élément de mesure de débit peut être placé dans un conduit d’alimentation en fluides, reliant la machine de refroidissement au doigt de refroidissement respectif, ledit conduit d’alimentation étant relié à la fois un conduit d’admission du fluide caloporteur et à un conduit d’alimentation du gaz sous pression. Autrement dit, ledit conduit d’alimentation peut convoyer alternativement un fluide caloporteur (typiquement un liquide caloporteur) et du gaz, notamment du gaz sous pression.

Le système peut comprendre encore un organe commun dit de distribution et de mesure, ledit organe commun étant équipé d’une pluralité d’éléments de mesure ; il représente un autre objet de l’invention. Ledit organe commun de distribution et de mesure peut comprendre une platine commune de montage de ladite pluralité d’éléments de mesure ; il peut être réalisé sous la forme d’un boîtier, lequel comprend un capot s’étendant à partir de la platine commune de montage.

Dans un mode de réalisation chaque élément de mesure est pourvu d’un embout individuel de sortie de fluide et/ou d’un embout individuel d’entrée de fluide. Le système de refroidissement peut comprendre une ligne commune d’entrée de fluide, mise en communication avec lesdits embouts individuels d’entrée, et/ou une ligne commune de sortie de fluide, mise en communication avec lesdits embouts individuels de sortie.

Le système de refroidissement selon l’invention peut comprendre en outre une centrale de traitement de données, ainsi que des moyens de connexion entre ladite centrale de traitement et l’organe commun de distribution et de mesure. Ces moyens de connexion peuvent comprendre des moyens individuels de connexion, chaque moyen individuel étant apte à délivrer un signal représentatif de la valeur mesurée par un élément de mesure de débit respectif. Les moyens de connexion peuvent comprendre en outre des moyens communs de connexion, lesdits moyens communs de connexion reliant la pluralité de moyens individuels de connexion et ladite centrale de traitement.

Dans un mode de réalisation, le système de refroidissement selon l’invention est monté sur une machine qui est une machine de coulée, et ledit outil à refroidissement interne est un moule, notamment un moule permanent en métal dans lequel se solidifie une matière injectée à l’état de fusion. Le conduit de refroidissement est avantageusement un doigt de refroidissement, et ledit moule est conçu de manière à ce qu’au moins une partie distale dudit doigt de refroidissement peut être en contact avec ladite matière injectée à l’état de fusion.

Ledit organe commun de distribution et de mesure peut être disposé à proximité de la machine de coulée, en particulier à proximité du moule, alors que la centrale de traitement est avantageusement disposée à proximité de la machine de refroidissement. Ledit organe peut être équipé d’une pluralité d’éléments de mesure de débit, chaque élément de mesure de débit étant apte à mesurer un paramètre représentatif du débit de fluide caloporteur injecté dans un doigt de refroidissement respectif. Chaque élément de mesure de débit peut en outre être apte à mesurer un paramètre représentatif du débit de gaz sous pression injecté dans le doigt de refroidissement.

Un autre objet de l’invention est un ensemble de distribution et de mesure pour système de refroidissement selon l’invention, ledit ensemble comprenant un organe de distribution et de mesure selon l’invention, une centrale de traitement de données, ainsi que des moyens de connexion entre lesdites centrales de traitement et ledit organe de distribution et de mesure.

Encore un autre objet de l’invention est un procédé de refroidissement dirigé de moules permanents dans une machine de moulage, notamment dans une machine de moulage par injection à l’aide d’un système de refroidissement selon l’un quelconque des modes de réalisation de l’invention, ladite machine de moulage comprenant un moule et une pluralité de conduits de refroidissement (tels que des doigts de refroidissement) en contact avec un moule de ladite machine de moulage, dans lequel procédé on injecte dans lesdits conduits de refroidissement alternativement un fluide caloporteur et un gaz sous pression pour éliminer ledit fluide caloporteur dudit conduit de refroidissement, ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :

- on mesure au moins une valeur d’un paramètre représentatif du débit de fluide caloporteur injecté dans au moins un conduit de refroidissement, en particulier dans la majorité des conduits de refroidissement et, de préférence, dans l’ensemble de la pluralité des conduits de refroidissement ; - on identifie si au moins une valeur mesurée est située dans une plage prédéterminée de valeurs ;

- on déclenche une alerte si au moins une valeur mesurée est située en dehors d’une plage respective.

On peut affecter la même plage prédéterminée de valeurs à l’ensemble des doigts de refroidissement. On peut aussi affecter deux plages prédéterminées différentes de valeurs pour au moins deux doigts de refroidissement différents, et / ou on peut affecter deux plages prédéterminées différentes de valeurs pour au moins un même doigt de refroidissement.

Dans un mode de réalisation du procédé selon l’invention, on continue la mise en service de la machine de moulage, si la valeur mesurée est située en dehors d’une première plage prédéterminée, et on stoppe la mise en service de la machine de moulage, si la valeur mesurée est située en dehors d’une deuxième plage prédéterminée.

L’invention peut être mise en oeuvre avec des outils refroidis autres que des moules à injection, par exemples avec des moules pour moulage par gravité, des outils de forge, des outils des presse, des outils de découpe ou d’usinage. Ces outils sont notamment des outils à refroidissement interne, pourvus de canaux dans lesquels circule un liquide caloporteur ; dans ces outils le conduit de refroidissement n’est normalement pas aménagé dans un doigt de refroidissement inséré dans l’outil, mais directement dans l’outil. Cette utilisation du système de refroidissement selon l’invention pour refroidir au moins un outil dans une machine représente un autre objet de l’invention.

Description détaillée

La figure 1 montre un doigt de refroidissement 1 typique selon l’état de la technique. Il comprend un corps tubulaire externe 2 réalisé en un matériau conducteur de la chaleur, tel que notamment des aciers au carbone fortement alliés à base de chrome, molybdène et vanadium, et de préférence des alliages aptes à une utilisation à haute température. Ce corps 2 est vissé, par sa face périphérique extérieure, sur la partie de moule 3 à refroidir. L’extrémité libre 4 du doigt de refroidissement, de forme arrondie, est destinée à se trouver au contact de la matière en fusion ou à proximité immédiate de cette dernière. Le corps 2 est creusé d’un canal principal 5, qui s’étend parallèlement à son axe longitudinal et qui débouche sur la partie opposée à l’extrémité libre du doigt. Cet organe auxiliaire 8 est relié à un tube cylindrique 9 qui, lorsque le dispositif est en fonctionnement, est logé dans le canal principal 5 et s’étend sur la plus grande longueur de ce dernier, presque jusqu’à son extrémité. C’est par ce tube 9 qu’est injectée dans le canal 5 une quantité de fluide caloporteur pour le refroidissement du doigt, et c’est par ce tube 9 qu’est injecté ensuite de l’air pour évacuer ce fluide du le canal 5 ; ces deux directions d’écoulement de fluide sont marquées par des flèches sur la figure 1 . Ce cycle est appelé ici cycle de refroidissement - évacuation ; il sera expliqué en détail ci-dessous.

L’organe auxiliaire 8 est doté de deux embouts 10 et 11 , l’un 10 relié à une alimentation en fluides 43, l’autre 11 relié à un conduit d’évacuation 13 de fluides. Le conduit d’évacuation 13 de fluides peut être ouvert ou fermé par une électrovanne 12. Le conduit d’alimentation 14 en fluides est relié à la fois à un conduit 15 d’admission de gaz comprimé, et d’autre part, à un conduit 16 d’admission de liquide caloporteur ; ce dernier peut être ouvert ou fermé par une électrovanne 17. Les électrovannes 12,17 sont reliées par des lignes de signal (non montrées sur la figure) à une unité de contrôle, comme cela sera expliqué en plus grand détail ci-dessous.

Ce dispositif permet d’injecter un liquide caloporteur dans le doigt du refroidissement, à travers le conduit 16 d’admission de liquide caloporteur, lorsque l’électrovanne 17 est ouverte. Ce liquide caloporteur peut s’évaporer au moins partiellement. Ensuite, le liquide caloporteur est chassé par un jet de gaz comprimé, qui, dans le dispositif selon la figure 1 , entre à travers le conduit 15 d’admission de gaz comprimé, l’électrovanne 17 étant fermée, et qui sort par le conduit d’évacuation 13, l’électrovanne 12 étant ouverte. Ce dispositif permet également de procéder à un essai d’étanchéité : à cette fin, on ferme l’électrovanne 12 du conduit d’évacuation 13 et on introduit du gaz sous pression à travers le conduit 15 d’admission de gaz comprimé, l’électrovanne 12 étant fermée. Ce cycle de refroidissement - évacuation, optionnellement suivi d’un essai d’étanchéité, est expliqué en plus grand détail ci-dessous. Le liquide caloporteur le plus généralement utilisé est l’eau ; le gaz comprimé le plus généralement utilisé est l’air.

D'une manière générale, l’essai d’étanchéité ne présente un intérêt que dans le cas où une fuite de liquide caloporteur engendrerait un risque spécifique : cet essai est systématique en fonderie d’aluminium à cause du risque d’explosion, et il est utile dans des machines dans les industries chimique, pharmaceutique ou agro-alimentaire à cause d’un risque de contamination de produits par une fuit de liquide caloporteur; en revanche, il n’est pas nécessaire dans le secteur du moulage sous pression de pièces de polymère, ainsi que dans le cas d’outillages à refroidissement interne pour de nombreux autres usages, tels que l’usinage, la forge ou la découpe.

La figure 2 montre une séquence de travail typique d’une machine de coulée dotée de doigts de refroidissement alimentés par une machine de refroidissement selon l’état de la technique. Ce procédé de refroidissement est connu sous le terme « jet cooling ». Il comporte un cycle de refroidissement - évacuation suivi d’un essai d’étanchéité, qui est synchronisé avec le cycle de production de la machine de coulée. Plus précisément, la séquence de travail est déclenchée au moment t _o . Après un temps d’attente (qui peut être très bref voire inexistant), au moment ti la machine de coulée injecte de la matière à l’état de fusion dans le moule. En même temps (ou après un bref temps d’attente) la machine de refroidissement injecte du liquide caloporteur dans le doigt de refroidissement. Cette injection de liquide caloporteur cesse au moment h- Après un bref temps d’attente, au moment t3 on commence à chasser le liquide caloporteur par l’injection de gaz sous pression ; au moment t3 _.i commence l’ouverture du moule et le démoulage.

Lorsque la pièce moulée a été enlevée du moule, on commence au moment t3.2 de vaporiser un liquide de séparation sur les surfaces interne du moule (cette étape est appelée « poteyage ») pour préparer le cycle de moulage suivant. Le rinçage du doigt de refroidissement par injection d’air comprimé cesse peu après (moment t ₄ ). Au moment t ₅ commence l’essai d’étanchéité du doigt de refroidissement pendant lequel on injecte de nouveau de l’air comprimé dans le doigt de refroidissement, mais en fermant une électrovanne à la sortie du circuit pour faire monter la pression d’air, et pour la mesurer. Cet essai se termine au moment ίb, ce qui coïncide à peu près avec la fin de la vaporisation du liquide de séparation (t ₇ ). Un nouveau cycle de moulage commence avec to-

La figure 3 montre une machine de refroidissement 30 typique de type connu. Elle comporte un bâti 31 monté sur roulettes 32, qui est alimenté en électricité par un câble 33, et qui dispose de moyens de circulation du liquide caloporteur, qui est le plus souvent de l’eau. De manière typique cette machine est dotée d’une pompe à circulation d’eau 37 (et éventuellement d’une pompe 35 pour amorcer cette pompe à circulation d’eau), d’un réservoir d’eau 36, de moyens pour contrôler et refroidir la température de l’eau, et d’un ordinateur (ou automate possédant un microprocesseur) 38 doté d’une interface programmable par un utilisateur technicien de fonderie. Ces machines peuvent être apportées à proximité des machines de coulée 40 dont le moule 42 nécessite un refroidissement localisé par un doigt de refroidissement 1. En l’occurrence ce dernier est logé dans une des coquilles 41a du moule 42 de manière à former un noyau ; en l’occurrence cette coquille 41a est une partie fixe dudit moule 42 (comme sur la figure 3). On peut, également ou alternativement, loger un doigt de refroidissement 1 dans une partie mobile 41 b qui se déplace pour réaliser l’ouverture du moule 42 en fin de cycle de moulage.

Ces machines de refroidissement 30 peuvent être branchées de manière rapide, et programmées sur place selon les besoins métallurgiques du procédé de coulée et de la pièce fabriquée dans le moule. Pour pouvoir établir un branchement rapide de ces machines de refroidissement 30 au moule 42 on minimise le nombre de connexions à réaliser entre ladite machine et le moule. Selon l’état de la technique les seules connexions à établir entre la machine de refroidissement 30 et le moule 42 sont une connexion de fluide sous pression, moyennant un premier raccord fluidique 43 permettant d’alimenter les doigts de refroidissement 1 en fluide caloporteur et en gaz sous pression, et un deuxième raccord fluidique 44 pour l’évacuation. On minimise ainsi le nombre de tubes souples autour de la machine de refroidissement, qui se limitent à trois : un premier tube 45 de liquide caloporteur, un deuxième tube 46 d’air sous pression, et un troisième tube 47 pour l’évacuation. On note que grâce au réservoir d’eau 36 et à la pompe à circulation 37 dans ces machines le fluide caloporteur (eau) tourne en boucle fermée, c’est-à-dire que lors du fonctionnement de la machine elles ne sont pas reliées à une alimentation en eau externe.

Dans la mesure où chaque machine de refroidissement alimente plusieurs doigts de refroidissement, lesdits raccords fluidiques entre la machine de refroidissement et le moule se font par l’intermédiaire d’un boîtier de distribution 48. Ce boîtier de distribution est fixé sur l’une des coquilles 41a du moule 42, comme cela est indiqué sur la figure 3. Ainsi, les nombreuses connexions fluidiques 49,50 entre le boîtier de distribution 48 et les doigts de refroidissement 1 peuvent être installées avant la mise en place du moule dans la machine de coulée, et peuvent rester branchées lorsque le moule est démonté de la machine de coulée et stocké dans l’entrepôt. La figure 3 ne montre qu’un seul jeu de connexions fluidiques 49,50 pour un seul doigt de refroidissement 1 , mais le boîtier de distribution 48 représenté sur la figure 3 est conçu pour alimenter jusqu’à quatre doigts de refroidissement situées sur le même moule.

Selon l’état de la technique, il existe également au moins une liaison électrique 51 entre la machine de refroidissement et le boîtier de traitement de données. Cette liaison peut avoir plusieurs fonctions, et en particulier elle permet de commander une ou plusieurs électrovannes (non montrées sur la figure 3) dans les circuits de fluide en aval de la machine de refroidissement. Elle peut également servir à la transmission de données du boîtier de distribution vers la machine de refroidissement. On note que l’électrovanne 17 (visible sur la figure 1 ) peut être située dans la machine de refroidissement 30 plutôt que sur l’organe auxiliaire 8 du doigt de refroidissement 1. Dans ce cas, la liaison électrique 51 entre la machine de coulée et l’ordinateur 38 de la machine de refroidissement 30 transmet le signal de synchronisation entre le départ du cycle de la machine de coulée et le cycle de refroidissement qui est programmé dans la machine de refroidissement 30 : c’est la machine de coulée 40 qui donne le signal de départ du cycle à la machine de refroidissement 30. La figure 4 montre sur trois vues différentes (figures 4(a), (b), (c)) un boîtier 100 d’acquisition de données selon l’invention. Il comprend huit débitmètres 101 à 108 montés sur une platine de fixation 109. Chaque débitmètre présente deux raccords fluidiques, à savoir un raccord d’entrée et un raccord de sortie. Tous les raccords d’entrée 112 sont montés sur une première bride de maintien 113, et tous les raccords de sortie 114 sont montées sur une deuxième bride de maintien 115, lesdites première et deuxième brides de maintien 113,115 étant montées parallèles l’une par rapport à l’autre sur ladite platine de fixation 109. Les débitmètres 101 à 108 sont protégés par un capot 116. Chaque débitmètre possède par ailleurs un connecteur 117 pour un conducteur de signal électrique ; ledit signal électrique est le signal de sortie du débitmètre. Ce connecteur peut aussi comporter le câble d’alimentation électrique du débitmètre qui est nécessaire. L’ensemble de ces conducteurs (non montrés sur la figure) sont rassemblés dans un connecteur 118 multipolaire de type normalisé qui traverse la paroi latérale du capot 116.

Les débitmètres 101 à 108 sont avantageusement de même type, mais peuvent être de type différent. Chaque débitmètre est capable de mesurer le débit de liquide caloporteur qui s’écoule dans un doigt de refroidissement 1. Le boîtier d’acquisition de données 100 selon l’invention est un organe commun de distribution et de mesure : il distribue à chaque doigt de refroidissement du fluide, plus précisément alternativement un flux de liquide et un flux de gaz, et il mesure le débit du liquide pour chaque doigt de refroidissement. Le boîtier d’acquisition de données 100 de la figure 4 présente huit raccords d’entrée, huit raccords de sortie et huit débitmètres ; il peut donc mesurer le débit dans huit doigts de refroidissement d’un moule. Bien évidemment, le boîtier d’acquisition de données peut être fabriqué avec un nombre de circuits différent, supérieur ou inférieur à huit, par exemple avec quatre, six ou neuf circuits, et en fonctionnement il n’est pas nécessaire que tous les circuits soient utilisés.

Dans un mode de réalisation avantageux ce débitmètre est un débitmètre de type à effet vortex. Ces débitmètres sont disponibles dans le commerce. Ils exploitent l’effet de Karman. Leur signal de sortie est un signal analogique généré par un capteur capacitif ; il est linéaire sur une large gamme de débit, mais dépend du nombre de Reynolds (et donc de la viscosité) du fluide.

A titre d’exemple, on a trouvé qu’un débitmètre à effet vortex qui convient pour la réalisation de la présente invention peut mesurer un débit compris entre 1 L/min et 8 L/min avec un écart moyen inférieur à 2,0 %. Cette plage d’un facteur huit couvre toutes les situations d’utilisation courantes d’un dispositif de jet cooling. Au-delà de cette plage l’écart moyen augmente ; le débitmètre peut par exemple mesurer encore un débit de 0,5 L/min avec une précision d’environ 10 %. La température de l’eau n’a pas d’influence dans la zone de températures exploitée (entre environ 20 °C et environ 60 °C). L’alimentation électrique de ce débitmètre se fait typiquement entre 8 V et 33 V, et avantageusement à 24 V.

Les inventeurs se sont rendus compte que ce débitmètre n’a pas besoin d’être positionné dans le conduit d’admission 16 de liquide caloporteur, mais qu’il peut être positionné dans le conduit d’alimentation en fluides 14 qui achemine alternativement du liquide caloporteur et du gaz de purge. En effet, les débitmètres à effet vortex sont capables de détecter un débit de liquide et un débit de gaz circulant alternativement dans le même conduit. De même, les débitmètres à ultrasons, qui exploitent l’effet Doppler, ont cette même capacité.

Selon des modes de réalisation avantageux, le liquide est l’eau et/ou le gaz est l’air.

C’est ainsi que les débitmètres peuvent être regroupés facilement au sein d’un même boîtier. Les seules données qui sortent du boîtier d’acquisition de données sont les données analogiques qui représentent le débit.

Ces données sont acheminées à travers un câble blindé vers une centrale (boîtier) de traitement de données 200, qui est représenté sur la figure 5. Cette centrale peut traiter les données issues d’un ou plusieurs boîtiers d’acquisition de données. Elle est avantageusement située à proximité du poste de commandement de la machine de moulage, mais elle peut être située à proximité de la machine de refroidissement. Avantageusement, une machine de refroidissement est associée à une seule centrale de traitement de données et communique avec elle. Avantageusement une machine de coulée est associée à une seule centrale de traitement de données et communique avec elle.

La centrale de traitement de données 200 comprend au moins un connecteur pour être relié à un boîtier 100 d’acquisition de données ; dans l’exemple de la figure 5 elle comprend huit connecteurs 210 à 217 capables de connecter la centrale de traitement

200 à huit boîtiers 100 d’acquisition de données. Elle comprend également des moyens

201 pour alimenter chaque débitmètre en énergie électrique (par exemple en 24 V) ; ce moyen peut être un transformateur d’alimentation. Cette énergie électrique est acheminée vers le boîtier 100 d’acquisition de données par un câble relié à un connecteur 210 à 217. Un autre câble, au sein du même câble coaxial relié au même connecteur, transmet pour chacun des débitmètres le signal représentatif du débit. La centrale de traitement des données 200 comprend par ailleurs une unité de mémoire 203 pour l’enregistrement des réglages et la sauvegarde des données, ainsi que de moyens permettant la visualisation de données et l’entrée de données par un utilisateur. Ces deux types de moyens sont représentés sur la figure par un écran tactile 202. La centrale de traitement de données 200 comprend également un câble 220 vers une alimentation électrique externe, un processeur 218 (typiquement une CPU, Central Processing Unit), un bouton marche-arrêt 219, un voyant 221 qui s’allume en état de marche, et des prises pour l’échange de données, par exemple : une prise USB 222, les prises RJ45 223, une prise de relais 224.

De manière avantageuse le boîtier de distribution et de mesure 100 selon l’invention est disposé à proximité de la machine de coulée, par exemple à proximité du moule, et la centrale de traitement 200 est disposée à proximité de la machine de refroidissement.

Dans le système de refroidissement selon l’invention, comprenant un organe commun 100 de distribution et de mesure, ledit organe peut être disposé en aval ou en amont des doigts de refroidissement 1. A titre d’exemple, en modifiant une machine de refroidissement de type connue telle que montrée sur la figure 3 pour l’intégrer dans un système de refroidissement selon l’invention, on peut disposer ledit organe commun 100 de distribution et de mesure à proximité de la coquille fixe 41a du moule 42, et la liaison fluidique dudit organe commun de distribution et de mesure 100 peut être branchée en amont ou en aval du organe commun 100.

Dans une variante (non montrée sur les figures) on prévoit des moyens pour échanger des données et instructions entre la machine de refroidissement et la centrale de traitement de données. Ces moyens peuvent comprendre une liaison filaire ou sans fil entre ces deux unités. On peut par exemple configurer le système de refroidissement selon l’invention de manière à ce que des données sur les débits soient transférées, à des intervalles réguliers ou irréguliers, ou encore en temps réel, de la centrale de traitement de données 200 vers la machine de refroidissement 30. On peut prévoir en plus que la machine de refroidissement puisse modifier en fonction de ces données de débit les paramètres du cycle de refroidissement, par exemple les débits, la pression, la température du fluide etc.

Dans une variante de l’invention on prévoit également des moyens de mesure d’un paramètre représentatif de la température du liquide caloporteur, de préférence dans chaque circuit de doigt de refroidissement. Ces moyens comprennent des moyens de détection d’un paramètre représentatif de la température, tel qu’un thermocouple ou une sonde platine. Lesdit moyens de détection peuvent être disposés au niveau de chaque débitmètre 101 à 108, ou à un autre endroit, par exemple dans un organe commun de mesure de la température (non montré sur les figures), séparé de l’organe commun de distribution et de mesure. Ce paramètre représentatif de la température peut permettre le suivi de la température du liquide caloporteur qui circule dans chaque circuit de doigt de refroidissement 1 , en amont ou en aval dudit doigt de refroidissement 1. Ledit moyen de détection d’un paramètre représentatif de la température peut être incorporé dans chaque débitmètre 101 à 108 ; de tels débitmètres existent dans le commerce.

Dans un mode de réalisation avantageux de cette variante, pour chaque débitmètre 101 à 108, le signal correspondant au paramètre représentatif de la température en provenance du ledit moyen de détection est transmis au sein de l’organe commun 100 de distribution et de mesure, du débitmètre 101 à 108 vers le connecteur multipolaire 118. Cela peut se faire par l’intermédiaire du connecteur individuel 117 (qui dispose donc de deux organes contacts : l’un pour le signal représentatif du débit, l’autre pour le signal représentatif de la température) qui transmet chacun de deux signaux vers un organe de contact spécifique du connecteur multipolaire 118 ; ce connecteur 118 doit donc disposer, lui aussi, de deux organes de contact pour chaque débitmètre : l’un pour le signal représentatif du débit, l’autre pour le signal représentatif de la température. Dans ce mode de réalisation, les signaux représentatifs de la température sont acheminés dans la centrale de traitement de données 200.

Alternativement, on peut prévoir que le signal d’un paramètre représentatif de la température est acheminé vers un connecteur séparé (non représenté sur les figures), qui peut être relié à la centrale de traitement de données 200).

Dans toutes ces variantes, ledit signal représentatif de la température en provenance dudit détecteur peut aussi être transmis à un autre dispositif configuré pour traiter ces signaux représentatifs de la température en provenance desdits détecteurs, ce dispositif pouvant éventuellement communiquer avec ladite centrale de traitement de données 200.

On décrit ici un procédé pour détecter l’encrassement des conduits du doigt de refroidissement 1 jusqu’au boîtier de distribution et de mesure 100.

Dans une première étape on paramètre la centrale de traitement 200, notamment en fixant au moins un seuil d’alerte. Ce seuil d’alerte peut être le même pour chaque doigt de refroidissement relié à un boîtier de distribution et de mesure (le circuit entre le débitmètre et le doigt de refroidissement étant appelé ici « circuit de doigt de refroidissement »), ou il peut être différent pour les différents circuits de doigt de refroidissement. Cette étape utilise avantageusement les moyens de la centrale de traitement permettant la visualisation de données et l’entrée de données par un utilisateur (interface utilisateur), par exemple un écran tactile 202.

Dans une deuxième étape on mesure, pour chaque circuit de doigt de refroidissement, les débits par l’intermédiaire du boîtier de mesure et de distribution. Dans une troisième étape on analyse, pour chaque circuit de doigt de refroidissement, ces mesures de débit et on détermine le débit de liquide caloporteur.

Dans une quatrième étape on compare ce débit au seuil d’alerte, et si le seuil d’alerte est atteint l’alerte est déclenchée pour avertir le personnel du besoin d’effectuer des opérations de maintenance.

Le seuil d’alerte peut être programmé pour un circuit de doigt de refroidissement particulier, ou pour un groupe de circuits de doigt de refroidissement particuliers, ou encore pour l’ensemble de l’installation. Sur l’interface utilisateur il est avantageusement exprimé en unité de volume par cycle de refroidissement ou en unité de volume par unité de temps.

On peut programmer plusieurs seuils d’alerte, par exemple un premier seuil qui indique que l’installation est en train de s’encrasser, ou présente une petite fuite, mais peut être utilisé pour terminer la campagne de production en cours, et un deuxième seuil qui indique que le débit est trop faible pour que la machine de refroidissement puisse remplir sa fonction de refroidissement de manière efficace.

Le système de refroidissement selon l’invention peut être utilisé avec différents types de machines de coulée, et pour la coulée de différentes matières à l’état de fusion. Par exemple, on peut l’utiliser avec une machine de coulée de type presse à injection pour la fonderie d’aluminium. Pour cette utilisation, qui a été décrite ci-dessus, il est important d’effectuer une purge du doigt de refroidissement avec un gaz comprimé pour chasser le liquide caloporteur avant le début de l’injection d’aluminium liquide, car le contact accidentel entre des résidus d’eau et l’aluminium liquide risque de provoquer une explosion.

Si la matière à l’état de fusion est une matière polymérique, ce risque d’explosion n’existe normalement pas. Dans ce cas, on peut choisir de ne pas purger les circuits des doigts de refroidissement avant l’injection de la matière à l’état de fusion dans le moule. Par ailleurs, la vitesse de refroidissement est plus lente et la température de fusion est moins élevée comparé à la fonderie d’aluminium. De manière typique, le fonctionnement du procédé est donc différent de celui montré sur la figure 3 : si l’on évacue le liquide caloporteur, les cycles de refroidissement - évacuation sont plus courts et plus nombreux, ou on injecte le fludie caloporteur par pulsations. En particulier on peut conduire le procédé de refroidissement de manière à obtenir des paliers de température au niveau du doigt de refroidissement en contact avec la matière en cours de refroidissement. L’invention peut être mise en oeuvre avec des outils refroidis autres que des moules à injection, par exemples avec des moules pour moulage par gravité, des outils de forge, des outils des presse, des outils de découpe ou d’usinage. Ces outils sont notamment des outils à refroidissement interne, pourvus de canaux dans lesquels circule un liquide caloporteur ; dans ces outils le conduit de refroidissement n’est normalement pas aménagé dans un doigt de refroidissement inséré dans l’outil, mais directement dans l’outil.

Exemples

Exemple 1 : Qualification d’un débitmètre de type vortex On a utilisé deux débitmètres de type vortex du commerce, provenant de fabricants différents. On les a intégrés dans un circuit de fluide du même type que celui utilisé dans une machine de type jet cooling. On a injecté de l’eau à des pressions différentes, et aussi de l’air à des pressions différents, et on a mesuré le paramètre représentatif du débit rendu par chacun des débitmètres. Pendant les mesures du débit d’eau on a recueilli l’eau dans un récipient ; c’est cette mesure de la masse d’eau recueillie pendant un écoulement à débit constant d’une durée donnée qui est considérée comme permettant d’établir la vraie valeur du débit.

Tableau 1 : Essais des deux débitmètres avec des fluides différents

S’il est vrai que ces deux débitmètres ne sont pas conçus pour mesurer un débit d’air, on constate que chaque débitmètre rend néanmoins un signal assez stable (correspondant respectivement à un débit d’eau de 10 L/min et de 0 L/min), extrême par rapport à sa plage de mesure théorique, qui permet d’identifier que le fluide est de l’air et non pas de l’eau. Exemple 2 : Caractérisation d’un cycle de refroidissement complet

Cet essai vise à illustrer l’utilisation d’un système selon l’invention pour mesurer le débit dans les circuits de doigt de refroidissement d’une machine de coulée. La figure 6 montre l’évolution du débit dans un doigt de refroidissement sur un cycle complet de refroidissement - évacuation. Les trois phases du cycle sont clairement identifiables : d’abord la circulation d’eau pour le refroidissement (zone E), ensuite la circulation d’air pour l’évacuation (zone A), et enfin le teste de fuite (zone F).

Lorsque l’eau circule (zone E), le débit fluctue pendant quelques secondes avant d’atteindre une valeur très stable (environ t ³ 2 sec). Le temps d’établissement du débit stable dépend de la longueur du circuit. A la fin de l’injection d’eau (environ t = 29 sec) le débit diminue par palier pour atteindre la valeur de zéro (environ t = 32 sec).

Lors de la purge d’air (zone A), le débit mesuré s’installe plus difficilement car l’air chasse d’abord l’eau ; le débitmètre mesure une valeur arbitraire qui est parfaitement stable et reproductible (voir l’exemple 1 ci-dessus). A la fin de l’injection d’air le débit mesure chute très rapidement à zéro (environ t = 60 sec).

Pendant le test de fuite (zone F), l’air reste statique dans le circuit (sauf en cas de fuite) et aucun débit n’est détecté au niveau du débitmètre (zone F1 ) En revanche, lorsque l’électrovanne est ouverte pour que la surpression d’air puisse s’échapper le débitmètre mesure la valeur arbitraire caractéristique d’un débit d’air (zone F2) jusqu’à la disparition de la surpression.

Le fait que le débitmètre affiche une valeur extrême et reproductible pendant la purge d’air (zone A) est utilisé pour identifier le débit de la zone E comme représentatif de la circulation d’eau. Autrement dit : il est possible de déterminer la quantité totale d’eau qui a circulé dans le circuit de doigt de refroidissement pendant un cycle complet à partir de la seule courbe de débit selon la figure 6, sans disposer d’autres informations sur la signification des signaux issus du débitmètre.

Exemple 3 : Caractérisation de l’encrassement

Cet essai vise à mettre en évidence la relation entre l’encrassement des circuits et l’évolution du débit. On a utilisé le système selon l’invention pour mesurer le débit dans les circuits de doigt de refroidissement d’une machine de coulée. Les résultats sont rassemblés dans le tableau 2. On note que les valeurs du débit d’air mesurées par le débitmètre à effet vortex sont arbitraires, mais les valeurs du débit instantané sont constantes sur la plage de débit explorée. La mesure du débit d’air ne permet pas de détecter l’encrassement des circuits. En revanche, la détermination du débit d’eau, et particulier du débit cumulé, permet de détecter l’encrassement des circuits.

Tableau 2 : Essais dans deux circuits (encrassé, non encrassé) avec des fluides différents