Brevet FR2248907A1 — publié le 19750523

La présente invention concerne des pistons en métal léger, notamment, mais non exclusivement, pour utilisation dans des moteurs à combustion interne. Conformément à un aspect de l'invention, une méthode de fabrication d'un piston en métal léger, ayant au moins une gorge annulaire sur toute sa circonférence, consiste à fabriquer le piston en au moins deux parties dont chacune comporte essentiellement la totalité d'une face latérale de la gorge, l'application d'un revêtement résistant à l'usure sur au moins une desdites faces latérales et ensuite la ponction des deux parties ensemble pour former le piston. Ld où il y a plus d'unegorgea on préfère que chacune des deux parties comporte essentiellement la totalité d'une face latérale de la gorge située le plus près de la tete du piston. Conformément à un autre aspect de l'invention, une méthode de fabrication d'un piston en métal léger ayant n gorges annulaires s'étendant sur toute la circonférence, chacune devant autre munie d'un revetement résistant à l'usure, comporte la production du piston en n+l parties qui sont disposées au contact 1 l'u ne de l'autre le long de leurs circonférences respectives se trouvant dans la base de chaque gorge ou bien directement adjacentes à celle-ci, l'application d'un revêtement résistant à l'usure sur au moins une face latérale de chaque gorge, et ensuite la réunion des parties ensemble pour former le piston. Le revetement résistant à l'usure, qui peut être en fonte, chrome, molybdène ou nickel; est appliqué de préférence sur les deux faces latérales de la gorge ou de chaque gorge. I1 est appliqué de préférence par pulvérisation, par exemple par pulvérisation au chalumeau à plasma, bien que, s'il s'agit de chrome, de molybdène ou de nickel, il puisse 8tre appliqué par dépit électrolytique. Les parties peuvent entre reliées ensemble par un moyen mécanique tel que des boulons ; toutefois, eLbs sont réunies ensemble de préférence par soudage, notamment soudage par faisceau électronique. tes parties peuvent etre réunies ensemble par leurs surfaces de liaison respectives, une au moins des surfaces de liaison ayant une rainure s'étendant sur la circonférence, ce qui forme une cavité annulaire dans le piston quand les parties sont réunies. La ou les surfaces de liaison contenant la ou les rainures comprennent de préférence des portions qui coupent la surface externe du piston, de façon à être accessibles au soudage par faisceau électronique mais elles ne doivent pas couper la cavité. Les parties peuvent comprendre une partie principale du fond du piston avec une portion à diamètre réduit à sa tette et une ou plusieurs parties annulaires s'ajustant sur la portion de diamètre réduit. La partie principale de fond de piston peut venir de fonderie ou de forge, alors que la ou les parties annulaires viennent de préférence de fonderie. L'invention comporte également un piston en métal leger réalisé par une méthode conforte à l'un quelconque des exposés précédents de 1' invention. ~D'autres caractéristiqses et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels - les figures 1 a 3 représentent des vues en coupe de trois réalisations différentes de piston en métal léger pour moteur à allumage par compression, chacun étant réalisé en deux parties par une méthode conforme à l'invention - la figure 4 représente une coupe d'un piston en métal léger réalisé en trois parties selon ure méthode conforme à l'invention ; et - la figure 5 représente une coupe d'un piston en métal léger ayant une cavité de refroidissement, réalisée suivant une méthode conforme à l'invention. Le piston représenté sur la figure 1 est réalisé en deux parties, c'est-à-dire une partie principale de fond 10 qui vient de fonderie ou de forge et qui comporte à l'extrémité de sa tette une portion 12 à diamètre réduit, et une partie annulaire 14 dont le diamètre extérieur est égal au diamètre extérieur de la partie 10 et qui s'ajuste étroitement sur la portion 12. La partie 14 vient de préférence de fonderie. La partie 10 comporte une chambre de combustion 16 dans la tête et elle comporte de plus la jupe 18 et les bossages de l'axe (non représentés). La jupe 18 est munie de gorges 20, 21 s'étendant sur la circonférence du piston, la gorge 20 plus près de la tête du piston étant destinée à un segment d'étanchéité, alors que l'autre gorge 21 est destinée à un segment racleur. La partie 10 possède une surface de liaison 22 qui est adaptée au contact avec la surface de liaison correspondante 24 sur la partie annulaire 14 quand les deux parties 10, 14 sont ajustées ensemble, La surface 22 comprend une portion cylindrique 22a coaxiale avec la partie 10 et constituée par la surface, extérieure Far rapport au centre, de la portion 12, ainsi qu'une portion annulaire 22b qui est également coaxiale avec la partie 10, mais qui se trouve dans un plan perpendiculaire à l'axe de la partie 10 et qui est constituée par la surface de l'épaulement réalisée entre la portion 12 et le reste de la partie 10.De même, la surface de liaison 24 c omprend deux portions 24e, 24b qui sont respectivement constituées par la surface interne de la partie annulaire 14 et par la surface radiale de la partie 14 la plus proche de la jupe 18. Les bords extérieurs des portions 22b et 24b sont tous deux découpés de façon semblable sur tout le pourtour pour former une autre gorge annulaire 20a dans le piston quand les parties 10 et 14 sont rassemblées. Ainsi, chacune des parties 10, 14 contient la totalite d'une face latérale de la gorge 20gB et les surfaces de liaison 22b, 24b sont en contact l'une avec l'autre le long d'une ligne circulaire courant autour du milieu du fond de la gorge. On voit que la gorge 20a, qui est destinée à un autre segment d'étanchéité, est plus près de la tete du piston que -les gorges 20, 21. I1 en résulte que le segment d'étanchéité dans la gorge 20a est soumis à une charge de travail plus grande que les segments dans les autres gorges. Par suite, avant que les parties 10, 14 soient réunies, les faces latérales 26 de la gorge 20a sont recouvertes, à Irnaide d'une pulvérisation au chalumeau à plasma, d'un revétement 27 résistant à l'usure, de préférence de la fonte, du chrome, dù molybdène ou du nickel. Puisque les parties 10, 14 ne sont pas réunies à ce stade3 elles peuvent entre montées séparément dlune manière appropriée pour le procédé de pulvérisation et le dispositif de pulvérisation peut etre aligné de façon convenable avec chacune des faces 26 de façon à produire un revetement uniforme de meme épaisseur. Les deux parties 103 14 sont alors réunies par leurs surfaces respectives 22, 24 mises en contact intime et, ai nécessaire, elles sont maintenues dans un gabarit pendant que les portions 22a et 24e sont soudées ensemble par faisceau électronique et que les portions 22b et 24b sont également soudées par bombardement électronique : les lignes de soudure sont représentées par des contre-hachures fines sur le dessin. Les pistons représentés sur les autres figures sont semblables au piston de la figure 1, les parties similaires ayant les mêmes références numériques, et seuls les points présentant des différences seront décrits. Le diamètre de la portion 12 du piston de la figure 2 est réalisé légèrement plus grand (comme indiqué) ou égal au diamètre du fond de la gorge 20a, ce qui élimine les portions 22b, 24b des surfaces de liaison 22, 24. Les parties 10, 14 comportent encore chacune la totalité des faces latérales de la gorge 20a, mais il suffit d'une soudure pour réunir ensemble les deux parties. Sur le piston de la figure 3, les surfaces de liaison 22, 24 sont essentiellement en tronc de c8ne et convergent en direction de la tête du piston. Elles partent d'une ligne circulaire autour du milieu du fond de la gorge 20a jusqu5à une ligne circulaire autour de la surface de la chambre de combustion 16. Cette fois encore3 il suffit dwune soudure pour réunir les parties 10, 14. Si on désire effectuer un revêtement résistant à l'usure sur les faces latérales des deux gorges 20 et 20a des segments d'étanchéité, on peut adopter la construction en trois parties de la figure 4. Dans cette construction, la portion 12 à diamètre réduit de la partie principale 10 s'tend de la tette du piston jusqu'au plan d'une ligne circulaire autour du milieu du fond de la gorge 20, et on ajoute une autre partie annulaire 14a qui s'ajuste entre la partie 10 et la partie 14.La partie 14e contient ainsi la totalité d'une face latérale de chacune des gorges 20, 20a, alors que l'autre face latérale de la gorge 20 est incluse dans la partie 10 et que l'autre face de la gorge 20a est incluse dans la partie 14. tes parties 10, 14, 14e reçoivent alors un revêtement comme il est décrit à l'aide de la figure 1 et elles sont soudées ensemble par faisceau électronique en trois opérations. On voit que la construction de la figure 4 peut etre facilement développée pour permettre de réaliser un nombre quelconque de gorges avec un revFetement résistant à l'usure. En général5 s'il est nécessaire de réaliser n gorge avec revêtement résistant, le piston doit etre réalisé en n+l parties, les divisions entre les parties se faisant le long de lignes circulaires qui sont comprises entièrement dans les fonds des gorges ou q u i leur sont immédiatement adjacentes. Dans le mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 5, les surfaces de liaison 22, 24 sont munies respectivement dè rainures 28, 30 s'étendant sur tout le pourtour. Quand les parties 10, 14 sont soudées ensemble ces rainures forment une cavité annulaire 32 qui est coaxiale au piston et qui entoure la chambre de combustion 16. La cavité 32 peut être prévue pour être alimentée par la circulation d'un réfrigérant tel que de l'huile ou elle peut être remplie d'un réfrigérant approprie par exemple un métal comme le sodium, qui est liquide aux températures de fonctionnement normal du piston. Si l'on désire que le faisceau électronique utilisé dans le procédé de soudage ne pénètre pas dans la cavite 32, on peut disposer la cavité entièrement dans les portions 22a, 24e des surfaces de liaison 22, 24 et la placer a une petite distance en direction de la tette du piston en l'éloignant du plan contenant les portions 22b, 24b, Les portions 22a, 24e peuvent également etre munies chacune d'un décrochement radial circulaire correspondant, disposé à une faite distance en direction de la tête du piston et en s'éloignant de la cavité 32.Ainsi, les portions des surfaces de liaison 22, 24 qui coupent la surface externe du piston de façon à etre accessibles au faisceau électronique de soudage, c'est-à-dlre les portions 22b, 24b et les portions 22a, 24e du décrochement sur le côté toute du piston, ne coupent pas la cavite 32. Les parties des portions 22a, 24e, sur le côté jupe du décrochement, coupent la cavite mais ne sont pas soudees ensemble elles sent, toutefois, relativement courtes. Les méthodes ci-dessus décrites de fabrication des pistons présentent divers avantages. Puisque le piston est fait de deux ou plusieurs parties comportant chacune séparément les faces latérales de la première gorge ou de l'une quelconque des gorges des segments d'étanchéité, les faces latérales sont toutes accessibles facilement et il est par suite relativement aisé dtappliquer un revêtement résistant à l'usure d'une épaisseur uniforme avant l'assemblage des différentes parties. Ceci est encore vrai si le revetement est appliqué par des méthodes autres que celles du chalumeau à plasma, par exemple à l'aide d'un chalumeau à flamme ou par dépat électrolytique.De plus, puisque le soudage par faisceau électronique produit une istorsion ou un changement de dimension relativement faible, le revêtement ne nécessite qu'un ajustage léger pour atteindre les dimensions de gorge désirées après que les parties ont été soudées ensemble. Par contre, il est très difficile d'appliquer un revetement résistant uniforme sur les faces latérales d'une gorge dans un piston complet, puisque l'épaisseur du revêtement tend à décrottre nettement quand on se déplace radialement vers l'intérieur des faces latérales. Ce revêtement nécessite donc une quantité considérable de travaux de machine pour produire le profil de gorge uniforme désiré. La construction en deux parties des méthodes de la présente invention peut entre utilisée pour réaliser des cavités de refroidissement. On voit bien que différentes variantes des méthodes décrites sont possibles en plus de celles qui ont déjà été mentionnées. Dans quelques circonstances, il peut titre suffisant d'appliquer un revêtement résistant à l'usure sur une face seulement d' u ne ou de chaque gorge et des matériaux en céramique appropriés peuvent être utilisés pour le revetement. Les parties 10, 14 peuvent être réunies ensemble par des moyens autres que le soudage par faisceau électronique, par exemple assemblage par diffusion, soudage au laser, soudage par friction ou,bien entendu,par des moyens mécaniques comme des boulons. De plus, la partie du piston contenant la tête peutetre faite d'un matériau ayant une plus grande résistance à la température que le reste du piston . par exemple, la partie 14 de la figure 3 pourrait etre faite d'un matériau résistant à une haute température. Finalement, le piston pourrait être utilisé dans des applications autres que les moteurs à combustion interne, par exemple les machines à vapeur, les pompes ou les compresseurs. Bien entendu, diverses modifications peuvent autre apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent autre décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Méthode de fabrication d'un piston en métal léger ayant une gorge annulaire s'étendant sur le pourtour du piston, caractérisée en ce qu'elle comprend la réalisation du piston en une première et en une seconde partie, chacii!êrd'e1les contenant essentiellement la totalité de la face latérale respective de la gorge, l'application d'un revêtement résistant à l'usure sur au moins l'une desdites faces latérales et ensuite la jonction desdites parties ensemble pour former le piston. 2. Méthode selon la revendication 1, dans laquelle le piston a plus d'une gorge à munir d'un revetement résistant à l'usure, caractérisée en ce qu'elle comprend la réalisation du piston en plus de deux parties et l'insertion, dans une partie à chaque fois différente, de celle des faces de chaque gorge à revêtir qui se trouve la plus proche de la tette du piston. 3. Méthode selon la revendication 1, dans laquelle le piston possède n gorges annulaires stétendant sur le pourtour, à revêtir chacune d'un revêtement résistant à l'usure, caractérisée en ce qu'elle comprend la réalisation du piston en n+1 parties qui sont en contact l'une de l'autre le long de lignes circulaires respectives se trouvant entièrement à l-'interieur du fond de chaque gorge ou immédiatement adjacentes à celle-ci, l'application du revttement résistant à l'usure sur au moins une face latérale de chaque gorge et ensuite la réunion des parties ensamSe pour former le piston. 4. Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les parties sont réunies ensemble le long de surfaces de liaison, l'une au moins des surfaces de liaison comportant une rainure s'étendant sur le pourtour en ce qu'une cavité annulaire est formée dans le piston quand les parties sont réunies et en ce que la ou les surfaces de liaison contenant la rainure comprennent des portions accessibles pour l'opération de réunion des parties, lesquelles portions coupent la surface extérieure du piston mais ne coupent pas la cavité. 5. Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les parties comprennent une partie principale du fond du piston, ayant une portion à diamètre réduit à la tette et une ou plusieurs parties annulaires pouvant s'adapter autour de la portion à diamètre réduit; et en ce que la partie principale du fond du piston vient de fonderie ou de forge et que la ou les parties annulaires viennent de fonderie. 6. Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le revêtement résistant à l'usure est appliqué sur les deux faces latérales de la ou de chaque gorge par pulvérisation ou par dépôt électro- lytique. 7. Méthode selon I'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les parties sont réunies ensemble par soudage ou par moyes mécaniques tels que des boulons. 8. Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la tette du piston est faite d'un matériau ayant une résistance plus élevée à la température que le reste du piston. 9. Pistone en métal léger ayant au moins une gorge annulaire s'étendant sur le pourtour du piston3 le piston étant constitué d'au moins deux parties maintenues ensemble, chaque partie représentant une partie de gorge annulaire du piston et au moins un flanc de la gorge étant muni d'un revêtement résistant 'à l'usure.