Brevet FR2529120A1 — publié le 19831230

La présente invention concerne un procédé de coulée sous pression d'un piston ayant un élément rapporté dans la tête, ainsi qu'une cavité de refroidissement formée dans cette tête, par mise en oeuvre d'un moule ayant des organes supérieur et inférieur. Au cours de la coulée classique des pistons par gravité, un procédé connu de formation de telles cavités comprend la formation d'un noyau soluble sous forme de la cavité nécessaire et la disposition du noyau en position voulue dans le moule avant la coulée du piston Ces noyaux sont habituellement formés d'un sel tel que le chlorure de sodium, mais il peut aussi s'agir d'un autre sel soluble ou d'un autre mélange de selssolubles Lorsque les pistons coulés par gravité sont formés avec la tête en bas (c'est- à-dire que la tête a le niveau le plus bas), le noyau de sel peut être raccordé à l'organe interne du moule puis introduit dans l'autre organe du moule avec le premier Dans une va- riante, le noyau de sel peut être placé dans l'organe infé- rieur du moule, par formation du noyau de sel avec des branches solidaires qui permettent au noyau de prendre ap- pui sur la base de l'organe inférieur du moule ou, le cas échéant, sur un élément rapporté de tête lui aussi placé dans l'organe inférieur du moule Après la coulée, le sel est entraîné par un solvant convenable qui laisse une ca- vité permettant la circulation d'un fluide de refroidis- sement. Au cours de ces dernières années, on a consacré une certaine attention à la coulée sous pression des pis- tons (par exemple par pressage) Dans une telle technique de coulée, le métal fondu du piston est solidifié sous pression afin qu'il forme un élément moulé dont la struc- ture est particulièrement homogène et dépourvue de cavités et qui a donc une résistance mécanique supérieure à celle d'une pièce moulée en coquille par gravité En général, *dans la coulée sous pression, le piston est moulé avec la tête en bas afin que le métal fondu pénétrant d'abord dans le moule ne se solidifie pas avant que la pression soit appliquée en totalité. La formation des cavités dans de telles pièces moulées sous pression par utilisation de noyaux de sel pose cependant un problème car les procédés indiqués pré- cédemment pour la coulée en coquille par gravité ne peuvent pas être utilisés de manière satisfaisante Lorsque le noyau de sel est raccordé à la partie interne du moule, il est possible que le noyau de sel soit détérioré et qu'il prenne un emplacement erroné étant donné que les organes du moule continuent à se déplacer l'un par rapport à l'autre pendant la solidification de la pièce moulée du fait de la contraction de celle-ci sous pression Si le noyau de sel est en appui sur des branches formées de sel, la pression provoque souvent une pénétration du métal fondu dans les branches si bien que l'enlèvement du noyau de sel par entrai- nement devient difficile La pression peut aussi provoquer la rupture des branches formées de sel, si bien que le noyau peut se déplacer par rapport à la position voulue. L'invention concerne un procédé de coulée sous pression d'un piston ayant un élément rapporté de tête et une cavité de refroidissement dans la tête, par mise en oeuvre d'un moule ayant des organes supérieur et inférieur, le procédé se caractérisant par la coulée du piston avec la tête en bas dans un moule et, avant la coulée, la disposi- tion,dans l'organe inférieur du moule, d'un élément rapporté de tête et d'un noyau d'un sel soluble, le noyau de sel étant maintenu par l'élément rapporté afin qu'il soit positionné dans l'organe inférieur du moule, le procédé comprenant le remplissage de l'organe inférieur du moule par le métal fon- du, la fermeture du moule à l'aide de l'organe supérieur du moule, puis la solidification du métal fondu sous pression. L'invention concerne aussi un piston réalisé par mise en oeuvre du procédé précité. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une coupe verticale d'un piston moulé ayant un élément rapporté de tête et un noyau de sel fixé à l'élément rapporté par des fils métalliques; la figure 2 est une coupe verticale, la figure 2 A une coupe suivant la ligne A-A de la figure 2 et la figure 2 B une coupe suivant la ligne B-B de la figure 2 A, repré- sentant un piston moulé comprenant un élément rapporté de tête ayant des branches et un noyau de sel représenté en traits pleins fixé par fils métalliques aux branches et en traits interrompus fixé par des fils métalliques au corps de l'élément rapporté; la figure 3 est une coupe verticale d'une piston moulé ayant un élément rapporté de tête et un noyau de sel qui, vers la gauche de la figure, est fixé à l'élément rap- porté par un fil métallique pénétrant dans le noyau de sel et, à droite de la figure, est fixé à l'élément rapporté par un fil métallique passant autour-du noyau de sel; la figure 4 est une coupe verticale d'un piston moulé ayant un élément rapporté de tête qui a une gorge pour le logement d'un noyau de sel; et la figure 5 est une coupe verticale d'un piston moulé ayant un élément rapporté de tête dans lequel est placé un noyau de sel. Tous les pistons moulés décrits dans la suite du présent mémoire sont réalisés par un procédé de coulée à tête en bas dans lequel la tête du piston moulé est formée à la base d'un moule En outre, le procédé de coulée est un procédé sous pression, de préférence par pressage, met- tant en oeuvre une partie inférieure fixe et une partie supé- rieure mobile de moule La partie supérieure du moule est séparée de la partie inférieure et la partie inférieure est remplie du métal fondu La partie supérieure est alors in- troduite dans la partie inférieure initialement afin que le moule soit fermé, puis que son volume soit réduit, si bien que le métal fondu se solidifie sous pression, avec réduc- tion des cavités et des pores formés dans la pièce moulée dont la résistance mécanique est ainsi accrue. Habituellement, on moule les pistons en aluminium ou en alliage d'aluminium afin de réduire au minimum leur poids Ces métaux ne conviennent cependant pas très bien à l'encaissement des températures élevées régnant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne Pour cette raison, des pistons peuvent être munis d'un élément rapporté placé dans la tête et formé d'un matériau qui ré- siste mieux à la chaleur que celui du corps du piston. En outre, cette partie du piston peut être munie d'une cavité destinée à la circulation d'un fluide de re- froidissement provenant de l'intérieur du piston afin qu'un fluide de refroidissement tel qu'une huile puisse re- tirer la chaleur de l'extrémité de tête du piston. Les différents modes de réalisation décrits dans la suite en référence aux dessins correspondent tous à des opérations de coulée sous pression destinées à l'incorpora- tion d'éléments rapportés dans des pistons moulés, avec for- mation de cavités dans la pièce moulée. La figure 1 représente un élément rapporté 10 moulé préalablement en alliage d'aluminium tel que l'al- liage d'aluminium LO-EX-ou un alliage Y ou un de ses dérivés. L'élément rapporté 10 a une forme générale cylindrique ayant deux-faces plates'll, 12 dont l'une, la face il, forme la face externe du piston terminé et l'autre porte plusieurs goujons 14 qui dépassent vers le haut et sont placés à la périphérie de la surface Un noyau annulaire 15 d'un sel soluble est porté par les goujons et il est ainsi maintenu par l'élément rapportél O La position du noyau 15 par rap- port à l'élément 10 est la même que celle que doit avoir la cavité par rapport à l'élément 10 dans la pièce moulée. Le sel peut être le chlorure de sodium ou tout autre sel ou mélange de sels convenable. L'élément rapporté 10 et le noyau 15 de sel sont placés dans la partie inférieure du moule, la face 11 se -35 trouvant sur la base de celui-ci Le piston est alors moulé par pressage comme décrit précédemment afin que le piston représenté sur la figure 1 soit formé, l'élément rapporté 10 étant soudé à la pièce moulée 16 par formation d'un alliage mutuel Un ou plusieurs trous sont alors percés dans la pièce solidifiée, à partir de l'intérieur, et le noyau de sel est retiré par lavage par un solvant qui laisse une cavité et des trous de circulation du fluide de refroidissement. Comme l'indique la figure 2, un élément rapporté a un corps de forme générale cylindrique et est formé d'un alliage contenant du cuivre L'élément a aussi quatre branches 21 qui dépassent d'une surface 22 du corps, per- pendiculairement ou avec une certaine inclinaison, ces branches 21 étant régulièrement espacées Les branches 21 aboutissent à des têtes élargies 23 Un noyau annulaire 24 de sel est placé autour des branches 21 et il est fixé à l'élément 20 soit par des fils métalliques 25 passant au- tour des branches 21 et dans le noyau 24 de sel soit par des fils métalliques 26 passant à la fois dans le noyau 24 de sel et dans le corps de l'élément rapporté 20 Ainsi, le noyau 24 de sel peut être fermement positionné par rapport à l'élément rapporté en toute position voulue. L'élément rapporté 20 et le noyau 24 de sel sont alors placés dans la partie inférieure du moule et la coulée est réalisée comme décrit précédemment Les branches 21 bloquent l'élément rapporté 20 sur la pièce moulée 27 afin que l'élément rapporté 20 soit fermement retenu en position. Des trous sont percés dans la pièce 27 afin que le noyau 24 de sel puisse être entraîné par lavage-et forme une cavité ainsi qu'un entrée et une sortie pour le fluide de refroi- dissement L'élément rapporté 20 est usiné suivant l'axe 28 afin qu'il forme une tête renforcée comprenant une cavité. La figure 3 représente un élément rapporté 30 formé d'un tampon de fibres ou de trichites de forme géné- rale cylindrique Un noyau annulaire 31 de-sel est en appui sur la surface de l'élément 30 et est-maintenu en position soit par des goujons 32 dépassant dans l'élément rapporté 30 et dans le noyau 31 de sel (comme représenté à gauche de la figure 3) soit par des boucles de fil 33 pénétrant dans l'élément rapporté 30 et passant autour du noyau 31 de sel (comme représenté à droite de la figure 3) Ainsi, le noyau 31 est fermement maintenu par l'élément rapporté 30. L'élément 30 et le noyau 31 sont alors placés dans la partie inférieure du moule et la coulée est réalisée comme décrit précédemment Le métal fondu pénètre dans l'élément rapporté 30 en formant une zone renforcée qui est usinée suivant la courbe 34 afin qu'une chambre de combustion soit délimitée Des trous 35 sont percés dans la pièce moulée 36 et permettent au noyau 31 de sel de se dissoudre et de former une cavité ainsi que des passages d'entrée et de sor- tie du fluide de refroidissement. On se réfère maintenant à la figure 4 qui repré- sente un élément rapporté 40 ayant pratiquement la même configuration et la même construction-que l'élément 10 de la figure 1 ou l'élément 30 de la figure 3 La face externe de l'élément 40 a une gorge annulaire 41 dans laquelle se loge un noyau annulaire 42 de sel La coopération de la gorge 41 et du noyau 42 assure un positionnement ferme du noyau 42. L'élément rapporté 40 et le noyau 42 sont alors placés dans la partie inférieure du moule et la coulée est poursuivie comme indiqué précédemment. Du fait de la présence de la gorge 41, le noyau de sel est positionné avec précision dans la pièce moulée 43 Lorsque la pièce est solidifiée, des trous 44 sont per- cés dans la pièce et le noyau 41 est dissous à l'eau afin qu'il reste une cavité et des passages d'entrée et de sortie d'un fluide de refroidissement. Comme l'indique la figure 5, un élément rapporté a la même forme et la même construction générale que l'élément 10 de la figure 2 ou l'élément 30 de la figure 3. Un noyau annulaire 51 de sel est placé dans l'élément rap- porté 50 soit par coulée dans l'élément 50 lorsqu'il s'agit d'un métal préalablement moulé, soit par enrobage dans les fibres ou trichites, l'élément 50 étant formé de telles fibres ou trichites Le noyau 51 de sel est ainsi fermement positionné par l'élément rapporté 50. L'élément 50 et le noyau 51 sont alors placés dans la partie inférieure du moule et la coulée est réa- lisée comme décrit précédemment Lorsque la pièce moulée 53 s'est solidifiée, des trous 52 sont percés dans la pièce 53 et le noyau 51 est dissous afin qu'il laisse une cavité annulaire et des trous d'entrée et de sortie du fluide de refroidissement. Il faut noter que, dans les modes de réalisation décrits précédemment en référence aux dessins et dans les- quels des fils ou des goujons sont utilisés, la matière formant les fils-peut avoir une température de fusion infé- rieure à la température de fusion du métal fondu du piston si bien que le fil métallique peut fondre lors de la coulée. Le fil peut être formé d'un matériau tel que l'aluminium pur qui se dissout dans le matériau fondu destiné à former le piston Il faut aussi noter que, bien qu'on ait décrit un procédé de coulée par pressage, tout autre procédé de coulée sous pression peut aussi être utilisé. Dans tous les modes de réalisation de l'invention décrits précédemment, le noyau est fermement maintenu par l'élément rapporté si bien que le noyau de sel est maintenu avec précision dans la pièce moulée La disposition conve- nable des fils et le choix de leur longueur, le cas échéant, permettent un positionnement du noyau de sel à tout endroit voulu dans la pièce moulée Aucune branche formée de sel ne risque d'être imprégnée de métal fondu En outre, le noyau de sel est distant de la partie interne de moule si bien que le noyau ne peut pas être détérioré par cette par- -30 tie interne Lorsque la pièce moulée se contracte sous pression, le maintien en position du noyau de sel sur l'élé- ment rapporté de tête empêche le déplacement du noyau. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Procédé de coulée sous pression d'un piston comportant un élément rapporté de tête ( 10) et une cavité de refroidissement formée dans la tête du piston, à l'aide d'un moule ayant des organes supérieur et inférieur, carac- térisé en ce qu'il comprend le moulage du piston avec sa tête en bas dans le moule et, avant la coulée, la disposi- tion, dans l'organe inférieur du moule, d'un élément rap- porté de tête ( 10) et d'un noyau ( 15) de sel soluble, le noyau ( 15) étant maintenu par l'élément rapporté afin que le noyau soit positionné dans l'organe inférieur du moule, le procédé comprenant le remplissage de l'organe inférieur du moule par du métal fondu, la fermeture du moule par l'or- gane supérieur, puis la solidification sous pression du métal fondu. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau ( 15) de sel est fixé à l'élément rapporté de tête ( 10). 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau ( 41) de sel est disposé dans une gorge ou cavité ( 41) formée sur l'élément rapporté de tête ( 40). 4 Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le noyau ( 15) de sel est fixé à l'élé- ment rapporté de tête ( 10) par un ou plusieurs fils métal- liques ( 14) - Procédé selon la revendication 4, caractérisé-en ce que le fil-ou les fils métalliques ( 14) sont formés d'un matériau ayant une température de fusion inférieure à celle du métal fondu utilisé pour la coulée si bien que les fils ou le fil se dissolvent lors de la coulée. 6 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le noyau ( 42) de sel est maintenu dans la gorge ou cavité ( 41) par un adhésif. 7 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau de sel ( 51) est disposé dans l'élément rap- porté de tête ( 50). 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément rapporté de tête ( 50) est formé d'un métal moulé, et le noyau de sel ( 51) est moulé dans l'élément rap- porté de tête. 9 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément rapporté de tête ( 30) est formé de fibres ou de trichites, et le noyau ( 31) de sel est positionné par, les fibres ou trichites. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'opération de coulée sous pression est une opération de coulée par pressage. 11 Piston, caractérisé en ce qu'il est réalisé par mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 10.