Brevet FR2559080A1 — publié le 19850809

L'un des procédés les plus importants pour fabriquer des pièces coulées en métal léger, renforcées par des fibres, est la coulée sous pression. Il s'avère cependant que, dans le cas de la fabrication en grande série de telles pièces coulées, il peut apparaître des difficultés qui se manifestent par l'apparition de ca- vités ou d'autres irrégularités dans la pièce coulée. De même il est relativement difficile, dans le cas des brefs cycles de cadence des machines modernes de coulée sous pression, d'insérer les fibres de renforcement tou- jours en une quantité correcte et avec la disposition correcte a l'intérieur du moule de coulée sous pression. Ainsi il a été décrit, par exemple dans le brevet alle- mand n 2.701.421, un procédé selon lequel, lors d'une première phase opératoire, on réalise une pièce coulée relativement petite renforcée par des fibres et autour de laqcuelle on coule un métal léger lors d'un autre pro- cessus de coulée dans un autre moule afin de produire la pièce coulée définitive. Un tel procédé est relative- ment complexe. C'est pourquoi l'invention a pour but de trouver un procédé pour fabriquer des pièces coulées en métal léger renforcées par des fibres,par coulée sous pression, qui permette,également dans le cas d'une pro- duction en grande série, de fabriquer des pièces coulées exemptes de défauts et ce d'une manière relativement sim- ple. Ce problème est résolu à l'aide d'un procé- dé pour fabriquer des pièces coulées en métal léger ren- forcé par des fibres, par coulée sous pression, carac- térisé par les phases opératoires suivantes: A. on introduit un corps moulé constitué en un ma- tériau formé de fibres dansau moins un moule auxiliai- re ouvert constitué de deux éléments, B. on ferme le moule auxiliaire, C. on chauffe le moule auxiliaire à une température compri- se entre la température de liquidus du métal léger et 850 C, D. on l'insère à cette température, selon une disposition à formes complémentaires, dans un moule de coulée sous pression correspondant au contour extérieur du moule auxiliaire et on le remplit aussitôt après avec le métal léger sous pression. Conformément à l'invention on utilise par conséquent un moule auxiliaire, dans lequel on insère un corps moulé constitué par un matériau formé de fi- bres. Selon la pièce coulée à fabriquer, le moule auxi- liaire est constitué par deux ou plusieurs éléments et est muni, de façon connue en soi, d'orifices pour la pénétration du métal liquide et d'orifices de sortie pour l'air. De préférence on prévoit une rangée de petits orifices afin d'éviter le déplacement du matériau formé de fibres en raison de vitesses trop élevées d'écoule- ment lors de la coulée ou bien dans le cas d'un vidage éventuel. Le moule auxiliaire peut posséder des parois relativement minces étant donné qu'il est soutenu ulté- rieurement par le moule proprement dit de coulée sous pression dans la machine de coulée sous pression. Dans ce moule auxiliaire, on insère le corps moulé formé de fibres servant à renforcer la pièce coulée. Sous le terme d'insertion il faut comprendre aussi bien le fait d'introduire le corps moulé formé de fibres en tant qu'ébauche fabriquée dans le moule, que le fait de placer dans le moule des éléments du corps moulé formé de fibres ou un enchevêtrement de fils et de les mouler dans ce dernier pour obtenir un corps moulé formé de fibres, terminé. L'utilisation d'un liant organique tempo- raire par exemple à base de polyméthylméthacrylate, ou d'alginates permet de grandement faciliter la réali- sation du corps moulé formé de fibres,etil est parti- culièrement avantageux que ce liant soit à nouveau dé- truit sans la nécessité d'une phase opératoire particu- lière lors du chauffage du moule auxiliaire. Les fibres, dont est constitué le corps moulé formé de fibres, peuvent être constituées par du verre, du carbone, des métaux, des oxydes tels que A1203 et un matériau céramique. Elles peuvent se présenter aussi bien sous la forme de dendrites, de fibres courtes, de particules fibreuses que sous la forme de fils sans fin. Après l'insertion du corps moulé formé de fibres dans le moule auxiliaire, on ferme ce dernier. Lors de cette opération on peut comprimer un corps moulé volumineux et léger formé de fibres possédant un faible poids spécifique et une faible teneur en fibres par unité de volume de manière à obtenir la densité de fibres dé- sirée dans la pièce coulée. On place ensuite le moule auxiliaire rempli par le corps moulé formé de fibres et fermé, dans un four de préchauffage travaillant de façon discontinue ou continue, et on le chauffe, éventuellement en présence d'un gaz inerte, à une température comprise entre la température de liquidus du métal considéré devant être coulé dans le moule et environ 850 C. Il est préférable d'opérer un chauffage à des températures comprises entre 650 et 750 C. Le chauffage est mis en oeuvre éventuelle- ment jusqu'à ce -qu'un liant temporaire éventuellement présent soit complètement dissocié. Une fois que la tempé- rature désirée est atteinte et que le liant temporaire éventuellement présent est dissocié, on insère le moule auxiliaire à cette température, selon une disposition à formes complémentaires, dans un moule de coulée sous pression correspondant au contour extérieur du moule auxiliaire, et on le remplit immédiatement avec le métal léger (aluminium, magnésium et des alliages contenant ces métaux) sous pression. Une fois que le métal s'est solidifié, on prélève le moule auxiliaire du moule de coulée sous pression, on l'ouvre et on retire la pièce coulée en métal léger terminée, renforcée par des fibres,hors du moule auxiliaire. Des feutres fibreux, en particulier ceux qui sont à l'état comprimé, mais également des tissus ou des écheveaux de fils opposent à la pénétration du métal liquide une résistance et pour vaincre cette résis- tance il faut mettre le métal liquide en pression. La pression,avec laquelle le métal liquide est refoulé dans le moule, peut être très faible dans le cas d'un angle réduit de mouillage entre le métal et la fibre, dans le cas d'un tassement assez lâche des fibres et dans le cas d'une vitesse faible de pénétration du métal dans l'entassement de fibres, et avoir une valeur de l'ordre de quelques fois 10 pascals, mais peut aussi atteindre une valeur allant jusqu'à 3.10 pascals, dans les conditions inverses. Si l'entassement de fils contient encore un gaz qui doit être refoulé par la masse en fusion, il faut également appliquer à cet effet une pression supplé- mentaire. Si le moule auxiliaire doit être vidé avant la coulée, il faut étanchéifier les joints de fermeture de façon appropriée par exemple à l'aide d'une feuille de graphite résistant à la température. Avec un tel dispositif d'étanchéité, on peut étanchéifier par exemple également les points d'en- trée de la masse en fusion et les ouvertures de sortie des gaz afin de garantir qu'aucun métal liquide ne par- vient de façon indésirable dans des cavités éventuelle- ment présentes entre le moule auxiliaire et le moule de coulée sous pression. Grâce à l'échauffement préalable du moule auxiliaire, le corps moulé formé de fibres possède la température optimale lors de la coulée, de sorte que l'on peut obtenir une coulée sans défaut. L'opération de fermeture du moule de coulée sous pression est réali- sée en général d'une manière très rapide après l'inser- tion du moule auxiliaire, et un refroidissement de ce moule auxiliaire par rayonnement se maintient dans cer- taines limites. C'est après la fermeture du moule de coulée sous pression que commence naturellement, ce qui est conditionné par le contact étroit entre le moule auxiliaire et le moule de coulée sous pression nettement plus froid, le refroidissement du moule auxiliaire sous l'effet du flux thermique dans les masses métalliques du moule de coulée sous pression, mais ce refroidisse- ment ne s'effectue pas de façon brusque en raison de la masse du moule auxiliaire. Etant donné que les temps de commande cadencés de la machine de coulée sous pres- sion sont identiques, l'évacuation thermique avant la coulée du métal peut être compensée par un accroissement correspondant de la température du moule auxiliaire de sorte qu'à l'instant de la coulée,la température désirée règne de façon précise dans le corps moulé formé de fi- bres. De même grâce à une conformation correspondante de la paroi du moule de coulée sous pression d'une maniè- re connue par exemple à l'aide de coquilles de refroidis- sement, il est possible de commander de façon voulue l'évacuation thermique à travers la paroi du moule auxi- liaire et de réaliser de ce fait une solidification diri- gée de la masse en fusion. Si l'évacuation thermique est commandée de manière que la solidification du métal commence au niveau de l'extrémité située à l'opposé du point d'entrée de la coulée, la pression dans le moule peut être conservée jusqu'à la solidification complète du métal dans le moule auxiliaire à partir du point d'in- troduction de la coulée, ce qui permet d'éviter de façon sûre des défauts de coulée comme par exemple des retas- sures et d'obtenir en outre une résistance plus élevée de la pièce coulée en métal léger obtenue. L'avantage du procédé conforme à l'invention réside cependant sur- tout dans le fait que grâce à la mise en température optimale du moule auxiliaire, on peut également fabriquer en grande série, sans aucun défaut, des pièces coulées en métal léger renforcées par des fibres, notamment des composants particulièrement légers pour des véhicules automobiles, tels que des pistons et des axes de pis- ton, des cuvettes de ressort de soupape, des culbuteurs, des poussoirs à coupelle, des cylindres, des bielles, des éléments de la suspension de roue tels que des fusées d'essieu, des triangles, mais également des essieux. REVENDICATIONS 1. Procédé pour fabriquer des pièces cou- lées en métal léger renforcé par des fibres, par coulée sous pression, caractérisé par les phases opératoires suivantes: A. on introduit un corps moulé constitué en un ma- tériau formé de fibres dans au moins un moule auxi- liaire ouvert constitué de deux éléments, B. on ferme le moule auxiliaire, C. on chauffe le moule auxiliaire à une température com- prise entre la température de liquidus du métal léger et 850 C, D. on l'insère & cette température, selon une disposition à formes complémentaires, dans un moule de coulée sous pression correspondant au contour extérieur du moule auxiliaire et on le remplit aussitôt après avec le métal léger sous pression. 2. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la pression lors de la phase opératoire D est conservée jusqu'à solidification de la masse en fusion. 3. Procédé selon la revendication 2, carac- térisé en ce que l'on comprime la pièce moulée lors de la fermeture du moule auxiliaire. 4. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on stabilise la pièce moulée à l'aide d'un liant organique temporaire et que l'on détruit le liant lors de la phase opératoire C.