Brevet FR2660890A1 — publié le 19911018

PROCEDE DE FABRICATION DE PISTON La présente invention concerne un procédé de fabrica- tion d'un piston de moteur à combustion interne du type en deux pièces, ou articulé En particulier, la présente in- vention propose un procédé pour réaliser la portion supé- rieure, ou tête, d'un tel piston. Le piston en deux pièces, ou piston articulé, est com- posé de deux parties: la partie supérieure, ou tête, des- tinée à transmettre les pressions produites par la combus- tion du moteur, et la partie inférieure, ou jupe qui a pour fonction de guider la partie supérieure dans le cylindre. La jupe est montée sur une paire de bossages d'axe de pis- ton pendant de la portion supérieure au moyen d'un palier de maneton sur des orifices d'axes ménagés aux extrémités inférieures des bossages d'axes. Dans les moteurs Diesel puissants, dans lesquels les pressions et les températures dans le cylindre sont éle- vées, atteignant jusqu'à 2 500 psi ( 17,2 M Pa)et 10000 C respective- ment, la partie supérieure des pistons articulés est géné- ralement réalisée par usinage d'une billette d'acier au chrome ou d'acier faiblement allié, forgé le plus souvent en une forme nécessitant un usinage très faible pour obte- nir les dimensions finales souhaitées Selon les procédés classiques, la billette du matériau sélectionné est forgée en un élément de forme cylindrique d'un seul morceau avec deux projections pendant à partir de lui, appelées bossages d'axe aux extrémités desquels, à l'opposé de l'élément cy- lindrique, sont ménagés des orifices alignés. Etant donné lesdites charges thermomécaniques, il est d'usage de doter le dessous de la tête de tels pistons d'une gorge périphérique qui, en association avec un pla- teau ou canal sur le dessus de la jupe, forme une chambre d'huile de refroidissement destinée à extraire une partie de la chaleur à partir de la tête durant le fonctionnement du moteur. Cependant, il s'est avéré difficile d'obtenir la forme finale de la tête parce que, outre la fourniture d'une chambre de combustion sur la portion supérieure pour amé- liorer la combustion et d'une pluralité de gorges périphé- riques pour les segments de piston, il est également néces- saire d'usiner le dessous de la partie supérieure pour for- mer la gorge périphérique pour la chambre de refroidis- sement Ce procédé est coûteux et son application est limi- tée aux chambre axisymétriques, c'est-à-dire aux chambres dans lesquelles la gorge périphérique est concentrique à l'axe longitudinal de la tête Les tentatives faites jus- qu'à présent pour réaliser la gorge périphérique au cours des opérations de forgeage ont donné des pièces aux dimen- sions instables inacceptables sur ladite portion de la tête dotée de gorges pour les segments de piston En outre, un taux élevé de détérioration à l'usinage a été noté. Aussi, la présente invention a pour objet de proposer un procédé de fabrication d'une tête de piston articulé dans lequel les deux portions composant la tête, c'est-à- dire la portion supérieure et la portion de bossages d'axe, sont réalisées à partir d'éléments séparés puis reliées l'une à l'autre par un soudage postérieur à la-réalisation d'une gorge périphérique sur le dessous de la portion supé- rieure. La présente invention a pour autre objet de proposer une tête de piston articulé réalisée selon le procédé de la présente invention décrit ci-après avec référence aux figu- res du dessin annexé sur lequel: La figure 1 est une vue en coupe transversale d'une pièce brute à partir de laquelle la portion supérieure du piston de la présente invention est réalisée; La figure 2 est une vue en coupe transversale d'une pièce brute à partir de laquelle la portion de bossages d'axe du piston de la présente invention est réalisée; La figure 3 est une vue en coupe longitudinale de la portion supérieure du piston déjà soumise à une première série d'opérations d'usinage pour la réalisation d'une cu- vette de combustion et d'une gorge périphérique circonfé- rentielle; La figure 4 est une vue en coupe longitudinale de la portion de bossages d'axe déjà soumise à une première opé- ration d'usinage; La figure 5 est une vue en coupe longitudinale de la tête de piston de la présente invention composée des por- tions illustrées sur les figures 3 et 4; et La figure 6 est une vue en coupe longitudinale de la tête de piston de la présente invention usinée à ses dimen- sions finales. Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, une première pièce brute de métal 10, de préfé- rence d'une forme substantiellement cylindrique (figure 1) est soumise à une première phase d'opérations d'usinage du- rant laquelle sont réalisés une cuvette de combustion 11, un évidement 12 sur le dessous de la cuvette de combustion 11 et une gorge circonférentielle 13 entre la cuvette de combustion Il et la paroi externe de l'élément 10, comme représenté sur la figure 3 La pièce brute de métal 10 est de préférence une pièce forgée ou moulée d'un alliage d'acier au chrome-molybdène, d'un acier faiblement allié ou d'un autre matériau approprié L'utilisation d'une pièce brute à section transversale cylindrique, de dimensions proches des dimensions finales de la portion supérieure est avantageuse en ce qu'elle évite des opérations d'usinage supplémentaires. Ensuite, une seconde pièce brute de métal 20 est sou- mise à une première phase d'opérations d'usinage durant la- quelle un rétrécissement de la section et un évidement cen- tral circonférentiel 21 sont réalisés sur une des extrémi- tés de la pièce brute 20, formant ainsi un épaulement cir- conférentiel 22 Le matériau de la pièce brute 20 est de préférence un des matériaux choisis pour réaliser la pièce brute de métal 10 Cependant, d'autres matériaux appropriés peuvent également être utilisés. Ensuite, les éléments usinés 10 et 20 comme représenté sur la figure 3 et 4 sont raccordés, comme représenté sur la figure 5, en mettant face à face la surface supérieure de l'épaulement 22 et l'extrémité inférieure de la paroi interne de la gorge 13 Le procédé utilisé pour raccorder les éléments 10 et 20 est le soudage, de préférence le sou- dage par friction, dans lequel le soudage est effectué sans faire fondre les matériaux à relier, ce qui conserve les propriétés structurelles des matériaux Enfin, après l'opé- ration de soudage, la tête de piston est soumise aux opéra- tions d'usinage finales durant lesquelles sont réalisés les gorges 15 des segments de piston, les bossages d'axe 23 et les orifices d'axe 24. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'un piston du type articulé, composé d'une partie supérieure, ou tête, comprenant une portion supérieure et une portion de bossages d'axe, et une portion inférieure, ou jupe, indépendante de ladite tête et montée sur les bossages d'axe au moyen d'un palier de mane- ton sur des orifices ménagés sur les bossages d'axe, dans lequel la partie supérieure, ou tête, est réalisée selon les étapes suivantes: (a) une première pièce brute de métal(l O)d'une section transversale substantiellement cylindrique est soumise à des opérations d'usinage afin de former une cuvette de combustion supérieure( 11), une gorge circonférentielle in- férieure( 13)et un évidement central inférieur( 12); (b) une seconde pièce brute de métal( 20)est soumise à des opérations d'usinage afin de former un évidement cen- tral circonférentiel( 21)sur une des extrémités de ladite pièce brute( 20) et de rétrécir la section transversale de ladite pièce brute( 20)autour dudit évidement central cir- conférentiel( 21)afin de réaliser un épaulement( 22); (c) la face supérieure de l'épaulement( 22)est mise en face de l'extrémité inférieure de la paroi interne de ladi- te gorge circonférentielle( 13)et les éléments ( 10 O)et( 20)sont raccordés par soudage; (d) la tête comprenant les éléments( 10)et( 20)est sou- mise à des opérations d'usinage finales afin de former les gorges( 15)des segments de piston, les bossages d'axe( 23)et les orifices d'axe( 24). 2 Procédé selon la revendication 1, dans lequel le rac- cord desdits éléments( 10 O)et( 20)est effectué par soudage par friction. 3 Procédé selon la revendication 1, dans lequel lesdites pièces brutes(l O)et( 20)sont des pièces forgées ou moulées. 4 Procédé selon la revendication 1, dans lequel lesdites pièces brutes ( 1 O)et ( 20)sont faites d'un acier au chrome- molybdène ou d'un acier faiblement allié. Piston du type articulé, composé d'une partie supé- rieure, ou tête, comprenant une portion supérieure( 10)et une portion de bossages d'axe( 20), et une portion inférieu- re, ou jupe, indépendante de ladite tête et montée sur les- dits bossages d'axe au moyen d'un palier de maneton sur des orifices ménagés sur lesdits bossages d'axe, dans lequel la portion supérieure( 10)est raccordée à la portion de bos- sages d'axe( 20)par soudage par friction.