Brevet FR2569587A1 — publié le 19860307

La présente invention concerne la fonderie et a notamment pour objet une machine pour la coulée de pistons armés d'éléments d'insertion. L'invention peut trouver des applications dans les constructions mécaniques, lors de la coulée des pistons pour moteurs à combustion interne en alliages d'aluminium résistant à chaud aux efforts mécaniques, armés éléments d'insertion pour le renforcement du piston sous le segment d'étanchéité supérieur, ou d'une autre armature placée dans la tête du piston. La machine peut être utilisée pour couler des pistons non armés et d'autres pièces du type boîtier en alliages d'aluminium et d'autres métaux non ferreux. On connaît largement des machines pour la production de moulages de pistons, dans lesquelles le piston est coulé dans la coquille fond en haut, c'est-à-dire que les éléments d'insertion pour le renforcement du piston se trouvent à la partie supérieure de la coquille, la masselotte supérieure étant située sur le fond du piston suivant son axe (cf., par exemple, l'article 'Particularités technologiques de la fabrication des moulages de pistons à éléments d'insertion en fonte Ni-resist et à cavités de refroidissement par huile", de Kraev B.A., Churik M.N., dans la revue 'ITechnologia avtomobilestroenia'X, 1981, nO 5(87). La machine se compose d'un bâti à la partie supérieure duquel sont disposées les plaques porte-coquille avec leurs mécanismes de déplacement, et à la partie inférieure duquel se trouve un actionneur de noyaux, manoeuvrant les noyaux mettant en forme la cavité centrale du moulage. Les demi-chapes et les noyaux sont respectivement fixés à ces organes. Au-dessus des demi-chapes sont montées les parties latérales supérieures de la coquille, qui peuvent pivoter, en ouvrant ainsi l'empreinte du moule. Le cycle opératoire de la machine commence par la fermeture des demi-chapes de la coquille, dans lesquels les noyaux sont introduits par le bas. Un élément d'insertion calorisé est mis en place par le haut dans l'sspreinte du moule, sur des saillies spéciales, puis les parties latérales supérieures sont fermées et l'alliage en fusion est coulé dans la coquille. Les moulages produits par de telles machines ont une masselotte supérieure qui ne permet pas d'obtenir dans le fond une cavité de chambre de combustion venue de fonderie. Il en résulte une augmentation de la maind'oeuvre nécessaire à l'usinage des pistons par enlèvement de matière, des dépenses d'outillages (outils de coupe, forets, etc.); une grande quantité de métal est transformée en copeaux. On connatt aussi largement une machine pour la coulée de pistons (cf. par exemple l'article "Machine automatique à coquille pour la coulée de pistons en aluminium pour moteurs de tracteurs" de Gitelman L.Sh., Litvin D.M., dans la revue "Liteinoe proizvodstvo", 1965, NO 17), comprenant un bâti sur lequel sont montées des demi-chapes à plan de joint vertical et des mécanismes pour la fixation des demi-chapes et des noyaux. Une semelle destinée à mettre en forme le fond du piston est rigidement fixée sous les demi-chapes, suivant leur axe. La machine comporte aussi un conduit à métal pour l'amenée du métal au moule constitué par les deux demi-chapes, les noyaux et la semelle. Dans cette machine, les pistons sont moulés fond en bas, c'est-à-dire que si la tête du piston doit comporter une armature, les éléments d'insertion sont placés dans la partie inférieure du moule. La présence d'une semelle permet de produire des moulages ayant des cavités dans le fond, car, dans ce cas, la masselotte au-dessus du fond du piston devient inutile. Le refroidissement forcé de la semelle permet d'élever la qualité des pistons et la cadence de coulée, grace à l'intensification de la solidification de la partie la plus massive du moulage : le fond du piston. Quand la machine marche, un élément d'insertion calorisé est mis en place soit sur la semelle, soit dans l'une des demi-chapes-, lorsque la coquille est ouverte partiellement ou entièrement, puis les demi-chapes se ferment en enserrant la semelle, les noyaux sont introduits et le métal est coulé dans la coquille par le conduit à métal ménagé dans la coquille sous la forme d'un canal de coulée. Dans ce cas, la surface extérieure du moulage est mise en forme par les demi-chapes et la face supérieure de la semelle. Le temps dépensé pour l'assemblage de la coquille après la mise en place de l'élément d'insertion est important, ce qui nuit à la qualité de la liaisonmétallur- gique entre le moulage et l'élément d'insertion et abaisse donc la qualité du produit fini. On s'est donc proposé de créer une machine pour la coulée de pistons, dans laquelle la conception des organes serait telle qu'elle assurerait une élévation de la qualité des pistons produits, armés d'éléments dVinsertion pour le renforcement du piston. La solution consiste en une machine pour la coulée de pistons armés d'éléments d'insertion, comprenant un bâti sur lequel sont montées des demi-chapes à plan de joint vertical, des mécanismes pour la fixation des demichapes et des noyaux, et une semelle disposée pendant la coulée sous les demi-chapes, suivant leur axe, pour la mise en forme du fond du piston, ainsi qu'un conduit à métal pour l'amenée du métal au moule constitué par les deux demi-chapes, les noyaux et la semelle, machine dans laquelle, Après l'invention, la semelle comporte dans sa face supérieure une empreinte pour le moulage d'une partie du piston, avec un logement situé à sa partie supérieure pour recevoir 1.'élément de renforcement du piston, ladite semelle étant montée de façon quelle puisse exécuter un mouvement rectiligne alternatif dans la direction horizon tale pour sa mise en position soit au-dessous des demichapes, soit hors de la zone des demi-chapes. Il est avantageux, afin d'assurer la précision du mouvement rectiligne alternatif horizontal de la semelle le long de l'axe du bâti, que des rainures soient réalisées dans les parois latérales extérieures de la semelle, disposées le long de la direction dudit mouvement, et que des saillies de guidage s'engageant dans les rainures de la semelle avec un certain jeu vertical soient réalisées sur le bâti Il est avantageux aussi, pour réaliser le mouvement vertical de la semelle par rapport aux demi-chapes, que la hauteur des rainures des parois latérales de la semelle dépasse la hauteur des saillies de guidage du bâti d'une valeur égale au jeu vertical entre la semelle et les demi-chapes. Il est en outre avantageux, afin d'assurer la fermeture de la semelle avec les chapes par déplacement vertical de la semelle par rapport aux demi-chapes, d'utiliser un conduit à métal monté sous la semelle, suivant l'axe vertical de celle-ci, à une certaine distance de ladite semelle et de façon qu'il puisse exécuter un mouvement rectiligne alternatif d'une valeur égale à la somme des valeurs de ladite distance et du jeu vertical entre la semelle et les demi-chapes, un orifice étant réalisé dans le bati pour le passage du conduit à métal, et un canal axial étant ménagé dans la semelle pour la mise en communication du conduit à métal avec ltempreinte des demi-chapes. Il est également avantageux, afin d'assurer l'alignement des empreintes de la coquille constituées par les demi-chapes et la semelle, de prévoir sur les parois de la semelle disposées en travers de la direction horizontale du mouvement rectiligne alternatif de la semelle, des saillies disposées suivant l'axe longitudinal de symétrie de la semelle et la direction de son mouvement rectiligne alternatif, les demi-chapes ayant dans ce cas dans leur plan de joint vertical une encoche destinée à coopérer avec la saillie de l'une des parois de la semelle, et le bâti comportant une butée pour la saillie de l'autre paroi de la semelle. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnes uniquement à titre dsexemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 représente une machine pour la coulée de pistons dans la position où la semelle est sortie de dessous les demi chapes assemblées contenant les noyaux (vue de face, coupe transversale), d'après l'invention; - la figure 2 représente la machine pour la coulée de pistons dans la position où la semelle est sortie de dessous les demi-chapes assemblées contenant les noyaux (vue de dessus), d'après l'invention;; - la figure 3 représente la machine pour la coulée de pistons dans la position où la semelle est engagée sous les demi-chapes assemblées contenant les noyaux, la semelle et le conduit à métal étant en position basse (vue de face, coupe transversale), d'après l'invention; - la figure 4 représente la machine pour la coulée de pistons dans la position où la semelle est engagée sous les demi-chapes assemblées contenant les noyaux, la semelle et le conduit à métal étant en position haute (vue de face, coupe transversale), d'après l'invention; - la figure 5 représente la machine pour la coulée de pistons dans la position où la semelle est engagée sous les demi-chapes assemblées, les noyaux n'étant pas représentés sur la figure (vue de côté, coupe longitudinale suivant le plan de joint des demi-chapes), d'après l'invention;; - la figure 6 représente la machine pour la coulée de pistons dans la position où la semelle est engagé sous les demi chapes assemblées, les noyaux n'étant pas représentés sur la figure (vue de dessus, coupe transver- sale), d'après l'invention. La machine pour la coulée de pistons se compose d'un bati I (figure 1) avec des saillies de guidage 2 en L renversé, et de plaques porte-coquille 3 (les supports sur lesquels sont montées ces plaques ne sont pas représentés sur la figure) montées sur le bssti I symétriquement par rapport à son axe vertical. Sur les plaques porte-coquille3 sont rigidement fixées les demi-chapes 4 et 5 de la coquille à plan de joint vertical, dans lesquelles sont introduits les noyaux supérieurs 6 et les noyaux latéraux 7. Les plaques porte-coquille 3 jouent le rdle de mécanismes pour la fixation des demi-chapes et des noyaux. Elles sont accouplées à des vérins hydrauliques de commande 8 pour leur déplacement. Les noyaux latéraux 7 sont accouplés à des vérins hydrauliques 9 assurant leur déplacement (l'actionneur des noyaux supérieurs 6 n'est pas représenté sur la figure). Une semelle 10 (figure 2) est montée sur le bati 1, entre les saillies 2 (figure 1) en L renversé, de façon qu'elle puisse exécuter un mouvement rectiligne alternatif horizontal pour sa mise en position soit au-dessous des demi-chapes 4, 5, soit hors de leur zone (l'actionneur de déplacement n'est pas représenté). La semelle 10 (figure 3) comporte des empreintes Il mettant en forme le fond des pistons, et des logements 12 (figures 2, 3) dans lesquels se trouvent des éléments d'insertion calorises. Entre les empreintes Il (figure 3), il y a un canal axial 13 mis en communication avec ces empreintes par des attaques 14 (figure 2). Pour que la semelle 10 puisse exécuter son mouvement rectiligne alternatif dans la direction horizontale, des rainures 15 (figure 3) sont réalisées dans ses parois latérales disposées le long de ladite direction de dépla cernent. Les saillies 2 de guidage du bâti 1 sont engagées dans ces rainures 15 de la semelle 10. Entre la semelle 10 et les demi-chapes 4 et 5, est prévu un jeu vertical 16, et entre les saillies de guidage 2 en L renversé et les rainures de la semelle 10, est prévu un jeu vertical 17, le jeu 16 étant plus petit ou égal au jeu 17. Pour réaliser le mouvement rectiligne alternatif vertical, il est prévu sous le bâti 1, suivant l'axe de la semelle 10, à une certaine distance de celle-ci, un conduit à métal 18 (figures 3, 4) monté avec un jeu vertical 19 (figure 3) de valeur telle que la course dudit conduit soit égale à la somme dudit jeu 19 et du jeu vertical 16 entre la semelle 10 et les demi-chapes 4, 5. La partie inférieure du conduit à métal 18 est plongée dans le métal liquide 20 d'un appareil de coulée 22 dont le role peut être joué par un mélangeur à fermeture étanche, une pompe électromagnétique ou un autre dispositif approprié. Pour le passage du conduit à métal 18, un orifice 21 est pratiqué dans le bâti 1. Suivant l'axe longitudinal du bâti 1 est disposée une butée 23 (figure 53 montée de façon que sa position soit reglable le long de l'axe de la machine. La semelle 10 comporte une saillie avant 24 et une saillie arrière 25 disposées suivant son axe. Les empreintes 26 (figure 6) formées par les demi-chapes 4 et 5 sont reliées par un canal de coulée vertical 27 à des attaques 28. Les demichapes 4 5 comportent dans leur plan de joint vertical une encoche 29 destinée à coopérer avec la saillie arrière 25 (figure 5) de la semelle 10. La machine pour la coulée de pistons faisant l'objet de l'invention fonctionne de la façon suivante. En position initiale, les demi-chapes 4 et 5 (figures 1, 2) sont fermées et les noyaux supérieurs 6 et latéraux 7 sont engagés dans leurs empreintes. La semelle 10, dans les logements 12 de laquelle sont placés des éléments d'insertion caloris8s, se trouve dans sa position e.-ftérieure à la zone des demi-chapes 4, 5 et des noyaux 6, 7. Le conduit à métal 18 est en position basse. L'actionneur (non représenté) est mis en- action, et la semelle 10 coulisse entre les saillies de guidage 2 an L renversé du bâti 1 jusqu'à la position, au-dessous d99 demi-chapes 4, 5 (figure 3), où un jeu 16 s'établit entre ladite semelle et lesdites demi-chapes 4, 5. La semelle 10 se déplace jusqu'à ce que sa saillie avant 24 arrive à la butée 23 fixée au bâti 1 (figures 5, 6). Simultanément, la saillie arrière 25 de la semelle 10 s'engage dans ltencoche entre les demi-chapes 4 et 5. Grâce au fait que la butée 23 est disposée suivant l'axe de la machine, le plan de joint vertical des demichapes 4, 5 coSncide exactement avec l'axe de la machine; de même, grâce à la coopération de la butée 23 avec la saillie avant 24 et de la saillie arrière 25 avec les surfaces de l'encoche 29, les empreintes 26 de la coquille sont verticalement alignées avec les empreintes Il de la semelle 10. Après l'arrêt de la semelle 10, un signal de commande met en action l'actionneur (non représenté) de l'appareil de coulée 22, qui fait remonter le conduit à métal 18. S'étant déplacé de la valeur du jeu 19, le conduit 18 agit sur la semelle 10 en la déplaçant vers le haut d'une valeur correspondant au jeu 16 entre la semelle 10 et les demi-chapes 4 et 5 (figure 4). Pendant la remontée de la semelle 10, l'alignement des empreintes 26 de la coquille et des empreintes Il de la semelle 10 est maintenu, car la butée 23 et l'encoche entre les demi-chapes 4 et 5 assurent le guidage de la semelle 10. Le metal liquide 20 est ensuite admis à partir de l'appareil 22 dans la coquille ainsi assemblée, en passant par le conduit 18, le canal axial 13 et les attaques 14 de la semelle 10, ainsi que par le canal de coulée vertical 27 et les attaques 28. le métal liquide remplit ainsi les empreintes 26 de la coquille et y noie les éléments d'insertion pour le renforcement du piston. Après solidification des moulages et descente du métal 20 du conduit 18 dans l'appareil de coulée 22, la coquille est démontée dans l'ordre suivant : extraction des noyaux latéraux 7; extraction des noyaux supérieurs 6; ouverture des demi-chapes 4 et 9; déplacement de la semelle 10 avec les moulages jusqu'à leur position exté- rieure à la zone des demi-chapes 4, 5 et des noyaux 6, 7, éjection des moulages hors de la semelle 10 (le mécanisme d'éjection n'est pas représenté9. De la sorte , l'emploi de la machine pour la coulée de pistons, faisant l'objet de l'invention, permet de réduire le temps entre la mise en place de l'élément d'insertion calorisé dans la coquille et son noyage par le métal liquide dans l'empreinte de la coquille, car, pratiquement, la seule opération d'assemblage de la coquille à exécuter avant la coulée est le déplacement de la semelle de sa position extérieure à la zone des demi chapes à la position sous les demi-chapes. La réduction dudit temps permet d'élever la qualité des pistons grâce à l'amélioration de la liaison par diffusion entre la pièce d'insertion et l'alliage constitutif du piston, même si la température de coulée diminue de 40 à SOQC. REVENDICATIONS i.- Machine pour la coulée de pistons armés d'éléments d'insertion, du type comprenant un bâti (1) sur lequel sont montées des demi-chapes (4, 5) à plan de joint vertical, des mécanismes (3) pour la fixation des demichapes et des noyaux, et une semelle (10) disposée, pendant la coulée du métal, sous les demi-chapes (4, 5 > et suivant leur axe, et servant à la mise en forme du fond du piston, ainsi qu'un conduit à métal (18) pour l'amenée du métal au moule, constitué par les deux demi-chapes (4, 5), les noyaux (6, 7) et la semelle (10), caractérisée en ce que la semelle (10) comporte dans sa facesupérieure une empreinte (ii) pour la mise en forme d'une partie du piston avec unlogement (12) situé dans sa partie supérieure pour recevoir l'élément de renforcement du piston, ladite semelle étant montée de façon quelle puisse exécuter un mouvement rectiligne alternatif horizontWl pour sa sa mise en position soit au-dessous des demi-chapes (4, 5), soit hors de la zone des demi-chapes (4, 5 > . 2.- Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que, pour le mouvement rectiligne alternatif horizontal de la semelle (10), sont prévues des rainures (15) réalisées dans ses parois latérales extérieures disposées suivant la direction de ce mouvement, ainsi que des saillies de guidage (2) réalisées sur le bâti (1) et s'engageant dans les rainures (15) de la semelle (10) avec un åeu vertical (17). 3.- Machine selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que pour le mouvement vertical de la semelle (10) par rapport aux demi-chapes (4, 5), la hauteur des rainures (15) des parois latérales extérieures de la semelle (10) dépasse la hauteur des saillies (2) de guidage du bâti (1) d'une valeur égale au jeu vertical (16) entre la semelle (10) et les demi-chapes (4, 5). 4.- Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que, pour le mouvement vertical de la semelle (10)-- par rapport aux demi-chapes (4, 5), on utilise un conduit à métal (18) monté sous la semelle (10), suivant l'axe vertical et à une certaine distance de celle-ci, et de façon qu'il puisse exécuter un mouvement rectiligne alternatif de valeur égale à la somme des valeurs de ladite distance et du jeu vertical (i6) entre la semelle (io) et les demi chapes (4, 5), un orifice (21) étant réalisé dans le bâti (1) pour le passage du conduit à métal (18), et un canal axial (13) étant ménagé dans la semelle (io) pour la mise en communication du conduit à métal (18) avec l'empreinte des demi-chapes (4, 5). 5.- Machine selon les revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisée en ce que, sur les parois de la semelle (io) disposées en travers de la direction horizontale du mouvement rectiligne alternatif de la semelle (10);sont prévues des saillies (24, 25) disposées suivant l'axe longitudinal de symétrie de la semelle (10) et la direction de son mouvement rectiligne alternatif, les demi-chapes (4, 5) comportant dans leur plan de joint vertical une encoche (29) destinée à coopérer avec la saillie (25) de lune des parois de la semelle (10), et le bâti (1) comportant une butée (23) pour la saillie (24) de l'autre paroi de la semelle (10)