Brevet FR2654660A1 — publié le 19910524

La présente invention est du domaine de la fonderie. Elle vise plus particulièrement un procédé de forgeage liquide ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Ces dernières années est apparu un nouveau procédé de forgeage liquide (squeeze casting), ce procédé consistant à introduire du métal liquide dans un moule métallique, après quoi on exerce sur ce métal une pression élevée, par exemple de plusieurs centaines de bars, jusqu a ce que la pièce soit totalement solidifiée. Un avantage technique attendu du procédé est la possibilité de réaliser des pièces moulées quasiment exemptes de vides ou porosités, pouvant être traitées thermiquement et présentant des caractéristiques mécaniques supérieures aux pièces fabriquées en mettant en oeuvre les procédés déjà connus en fonderie classique. Ce procédé existe en deux variantes, à savoir le forgeage liquide direct et le forgeage liquide indirect.Dans le forgeage liquide direct, le remplissage de l'empreinte par le métal liquide se fait au moyen d'une louche, le piston étant en position haute. Après le remplissage, le piston vient en contact avec le métal et exerce la pression souhaitée jusqu'à la solidification totale de la pièce, cette technique présente l'avantage de supprimer le masselottage. Cependant, on ne peut en principe réaliser qu'unie seule pièce par cycle de coulée. Dans le forgeage liquide indirect, le métal est introduit dans l'empreinte au moyen de canules d'alimentation. La pression du piston n'est plus appliquée, comme dans un procédé de forgeage liquide direct, sur une partie moulante de la pièce, mais sur un appendice qui absorbera les écarts de dosage de métal d'un cycle de coulée à l'autre. I1 est ainsi possible de réaliser à chaque coulée un certain nombre de pièces disposées en grappe, ce qui conduit à un gain de productivité. Toutefois, les techniques de l'art antérieur exposées ci-dessus, concernant le forgeage liquide, présentent un certain nombre d'inconvénients. C'est ainsi que dans le forgeage liquide direct, tel qu'exposé cidessus, le dosage du métal pendant le remplissage de l'empreinte, nécessite une certaine précision. En outre, ces techniques n'assurent pas une précision dimensionnelle de la pièce suffisante dans la direction de déplacement du poinçon ou piston. En ce qui concerne le forgeage liquide indirect, l'élimination des masselottes nécessite une reprise des pièces donc une perte de temps qui joue inévitablement sur le prix de revient. D'autre part, il se produit un manque d'homogénéité de la structure des pièces ainsi traitées, du fait de l'éloignement de la pression par rapport à la zone refroidie. Un objet de la présente invention est de réaliser un procédé de forgeage liquide obviant aux inconvénients exposés ci-dessus des techniques de l'art antérieur. Un autre objet de l'invention est de réaliser un dispositif permettant de mettre en oeuvre un tel procédé de forgeage. La présente invention a donc pour objet un procédé d'obtention de pièces à partir de métal liquide, ce procédé comprenant les étapes de : introduire du métal liquide dans un moule, soumettre le métal contenu dans le moule à une pression élevée pendant que ledit métal se refroidit jusqu'à solidification complète, cette pression agissant sur au moins une surface du métal qui est située dans le moule ou dans un conduit en communication avec le moule, et enlever la pièce solidifiée du moule, caractérisé en ce que, en même temps qu'on exerce ladite pression sur ladite surface, on exerce, sur au moins une autre surface du métal, une contre-pression inférieure à ladite pression, si bien que du métal se déplace en direction de ladite autre surface. La présente invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de forgeage liquide exposé ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend une matrice et au moins deux poinçons dont un premier exerce la pression, et un deuxième exerce la contrepression, la course, la pression et le cycle des premier et deuxième poinçons qui sont réglés indépendamment l'un de l'autre. On peut prévoir à cet effet un dispositif de pilotage permettant de contrôler et de faire varier à volonté les paramètres ci-dessus de course, de pression et de longueur de cycle. On peut obtenir ainsi des pièces d'épaisseur et de poids constants, par exemple en alliage d'aluminium ou de magnésium, avec des cotes d'épaisseur constante, en s'affranchissant de la précision de dosage du métal liquide nécessaire dans la technique antérieure. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la lecture de la description suivante de deux modes de réalisation du procédé de forgeage liquide de l'invention, en référence au dessin annexé, dans lequel Figures 1A et 1B sont des vues schématiques en demi-coupe longitudinale axiale d'un outillage pour la réalisation de pistons en alliage léger, respectivement en phase de remplissage de l'empreinte et en phase de compression. Figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale axiale d'un dispositif pour la réalisation de bielles en alliage léger. La figure 1A représente la phase de remplissage de l'empreinte, tandis que la figure 1B représente la phase de compression de la pièce, qui correspond à la mise à épaisseur de cette dernière. Dans ces deux phases, un poinçon supérieur 1, maintenu solidaire du coulisseau 2 d'une presse mue par vérin hydraulique, par une plaque porte-poinçon 3, ainsi qu'un fourreau 4 enveloppant le poinçon, se déplacent selon un mouvement descendant dans la matrice 5 de l'outillage. La cavité de moulage est définie par les surfaces inférieures du poinçon 1 du fourreau 4, la surface latérale de la cavité de la matrice 5 et la surface supérieure de l'éjecteur 6 mobile de bas en haut dans ladite cavité. Un vérin hydraulique 7 est prévu pour exercer sur le fourreau 4 une force destinée à constituer la contrepression. La course du poinçon 1 est limitée par des butées fixes 8, qui définissent l'épaisseur finale désirée e de la pièce à obtenir. La figure 1A montre la situation à la fin du remplissage de l'empreinte, c'est-à-dire de la cavité de moulage. Cette opération se fait sous pression relativement faible, et la figure montre que le manchon 4 est en position basse. On applique alors la force de la presse au poinçon 1, et la force du vérin 7 au manchon 4, ces forces correspondant respectivement à une pression P et à une contre-pression P' un peu plus faible. Sous l'effet de ces forces, le poinçon 1 descend jusqu a ce que le coulisseau de presse 2 soit arrêté par les butées 8, ce qui correspond à l'épaisseur e désirée pour la pièce 9. Sous l'effet de la différence entre la pression P et la contre-pression P', le manchon 4 remonte d'une hauteur h qui correspond au volume de métal en excès, et il se forme ainsi un bourrelet périphérique 10 sur la pièce. Ce bourrelet sera retiré lors de l'usinage ultérieur. L'exemple de la figure 2 est relatif à la fabrication de bielles. Un poinçon principal 11 est relié de façon rigide à un étrier de transmission de force 12, sur lequel vient s'appuyer un coulisseau de presse 13. Deux chemises 14, 15 emmanchées dans le poinçon principal servent de guides à deux poinçons auxiliaires 16, 17 dont la surface latérale est destinée à définir les alésages de tête et pied de bielle. Les poinçons auxiliaires sont en appui, par leur face supérieure, contre une pièce 18 de transmission de force, qui coulisse à l'intérieur de l'étrier de transmission de force 12, et qui est actionnée par un vérin de contre-pression 19. Le poinçon 11 est mobile à l'intérieur de la cavité d'une matrice 20 portée par le plateau de presse 21, cette cavité étant fermée vers le bas par l'éjecteur 22 et comportant deux contre-poinçons 23, 24 destinés à former avec les poinçons auxiliaires 16, 17 les alésages des tête et pied de bielle. Le principe des opérations est le même que dans le cas des figures 1A et lB. Les poinçons auxiliaires 16, 17 se soulèvent sous l'effet de la différence entre la pression et la contre-pression, laissant entre eux et les contre-poinçons 23, 24 un intervalle A qui dépend de la quantité de métal en excès, et forme, sur la pièce moulée, un voile ou une bavure dans les alésages de tête et pied de bielle. Ce voile ou bavure sera enlevé lors de l'usinage. Les valeurs des pressions P et P' doivent être fixées en fonction des divers paramètres opératoires, à partir des procédés connus, et leur détermination est à la portée de l'homme de métier, par essais successifs. Les pressions P et P' peuvent, bien entendu, varier dans le temps, à condition que la pression P soit supérieure à la pression P' au moins tant que le métal n'est pas solidifié REVENDICATIONS 1. Un procédé d'obtention de pièces à partir de métal liquide, ce procédé comprenant les étapes de introduire du métal liquide dans un moule, soumettre le métal contenu dans le moule à une pression élevée pendant que ledit métal se refroidit jusqu a solidification complète, cette pression agissant sur au moins une surface du métal qui est située dans le moule ou dans un conduit en communication avec le moule, et enlever la pièce solidifiée du moule, caractérisé en ce que, en même temps qu'on exerce ladite pression sur ladite surface, on exerce, sur au moins une autre surface du métal, une contre-pression inférieure à ladite pression, si bien que du métal se déplace en direction de ladite autre surface. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une matrice (5, 20) et au moins deux poinçons dont un premier (1, 11) exerce la pression, et un deuxième (4; 16, 17) exerce la contre-pression, la course, la pression et le cycle des premier et deuxième poinçons étant réglés indépendamment l'un de l'autre. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier poinçon (1) est disposé centralement tandis que le second poinçon (4) entoure le premier, si bien que le déplacement du second poinçon engendre un bourrelet périphérique. 4. Dispositif selon la revendication 2, et destiné à l'obtention de pièces présentant au moins un alésage, caractérisé en ce que le ou les deuxièmes poinçons sont mobiles à travers le premier poinçon et servent de noyaux pour constituer le ou les alésages, le déplacement d'un deuxième poinçon engendrant un voile ou une bavure transversale à l'alésage. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la pression et la contre-pression transmises respectivement par les premiers et deuxièmes poinçons sont appliquées respectivement par des vérins hydrauliques. 6. Dispositif selon une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la course, la pression et le cycle de chaque poinçon sont régulés par une unité de pilotage et de contrôle centrale.