Brevet FR2729319A1 — publié le 19960719

Procédé de fabrication d'une pièce de fonderie avec insert La présente invention concerne la fabrication de pièces de fonderie avec inserts. Une telle fabrication comporte de manière connue les opérations suivantes - préparation d'un moule pour un corps de la pièce à fabriquer, - coulée d'un métal pour ce corps dans ce moule, - préparation d'un insert métallique, - et fixation de cet insert. Cette opération de fixation est souvent coûteuse, notamment lorsqu'il s'agit d'un robinet industriel dont l'insert constitue le siège du clapet, la liaison entre l'insert et le corps du robinet devant être non seulement solide mais parfaitement étanche. La présente invention a notamment pour but de permettre de réaliser plus économiquement une fixation, notamment une fixation étanche, entre le corps et l'insert de la pièce à fabriquer, notamment lorsque cette pièce doit être utilisée dans des conditions sévères telles que fortes variations de température, fortes pressions, vibrations, ambiance corrosive, etc... Dans ce but, elle a pour objet un procédé de fabrication d'une pièce de fonderie avec insert, caractérisé par le fait que la coulée d'un corps de la pièce à fabriquer est utilisée pour réaliser une liaison métallurgique entre ce corps et une partie amincie d'un insert à fixer à ce corps. A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire plus particulièrement ci-après, à titre d'exemple non limitatif, comment la présente invention peut être mise en oeuvre. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence. La figure 1 représente une vue en perspective du corps et du siège d'un robinet fabriqué selon cette invention, ce siège constituant un insert. La figure 2 représente une vue à échelle agrandie en coupe d'un détail II de la figure 1. La figure 3 représente une vue en coupe à échelle encore agrandie d'un détail III de la figure 2. La figure 4 représente en coupe une lèvre de liaison de l'insert de la figure 1 avant la coulée du métal du corps du robinet. La figure 5 représente une vue en coupe montrant la position de l'insert dans un moule avant la coulée du métal du corps du robinet. Conformément à ces figures, une mise en oeuvre du procédé selon cette invention comporte, comme connu, les opérations suivantes - Préparation d'un moule pour un corps 2 de la pièce à fabriquer. Ce corps sera appelé ci-après "corps de pièce". Cette pièce est par exemple un robinet industriel. - Coulée d'un métal pour ce corps dans ce moule. Ce métal est par exemple de la fonte. Il sera appelé "métal de corps". Il a une température de fusion de par exemple 1200 C. La coulée est effectuée à une température de coulée, (par exemple 1380-1400 C) supérieure à cette température de fusion. - Préparation d'un insert 4 constitué d'un métal d'insert. Cet insert doit par exemple constituer le siège d'un clapet du robinet et il est constitué d'acier inoxydable. I1 doit alors permettre d'une part, grâce à un usinage, de réaliser avec précision la surface de portée 10 du siège du clapet, d'autre part, grâce à son inoxydabilité, de maintenir l'état de surface de cette portée lorsque le robinet est parcouru par des fluides oxydants ou corrosifs. I1 comporte d'abord au moins une partie de travail 6 qui doit rester extérieure au métal de corps pour pouvoir assurer une fonction lorsque la pièce à fabriquer sera en service. Cette partie est par exemple celle dans laquelle est ou sera formée la surface de portée 10. Sa dite fonction sera alors de coopérer avec un clapet pour fermer le robinet. L'insert comporte en outre au moins un élément de liaison 8 par l'intermédiaire duquel la partie de travail doit être fixée au corps de pièce. - Enfin fixation de l'insert au corps de pièce. Selon la présente invention, un élément de liaison 8 de l'insert 4 a une forme amincie. Cette forme est choisie pour conférer à une zone de cet élément un retard local à l'échauffement superficiel plus petit que des retards locaux à l'échauffement superficiel apparaissant dans la partie de travail 6. Un tel retard à l'échauffement peut être défini en chaque point de l'insert. Il est constitué par le temps qui s'écoule entre deux instants. Le premier de ces instants est celui auquel l'insert présente une température initiale uniforme TA, par exemple TA = 20 C, cet insert étant brusquement plongé à cet instant dans un liquide à une température TB constante supérieure à TA, par exemple TB = TA + 1300 C.Le deuxième instant est celui auquel le point considéré atteint une température TC prédéterminée intermédiaire entre TA et TB par exemple TC = TA + 1200-C. Il est clair que le retard local à l'échauffement ainsi défini est plus petit dans une partie mince de l'insert que dans une partie épaisse. L'insert est mis en place dans le moule avant la coulée, de manière qu'au moins l'élément de liaison 8 pénètre dans l'espace réservé par ce moule pour le métal de corps. La température de coulée est choisie suffisamment élevée et le retard local à l'échauffement superficiel de l'élément de liaison est rendu suffisamment petit pour qu'une surface de cet élément atteigne lors de la coulée une température de diffusion suffisante pour assurer une interdiffusion entre le métal d'insert et le métal de corps en fusion. Il est même généralement avantageux que l'élément de liaison fonde partiellement dans le métal de corps ce qui réalise une soudure. C'est cette interdiffusion ou soudure qui assure la fixation de l'insert. On réalise ainsi une liaison métallurgique. La température de coulée est en même temps choisie suffisamment basse et les retards à l'échauffement dans la partie de travail sont choisis suffisamment grands, grâce au caractère massif de cette partie, pour que la coulée laisse toujours cette partie de travail à une température inférieure à ladite température de diffusion. La température atteinte par la partie de travail est de plus limitée à une valeur suffisamment basse pour éviter tout risque d'une fusion, déformation ou altération qui serait susceptible de rendre cette partie de travail inutilisable ou de dégrader ses caractéristiques d'une manière qui la rendrait inappropriée à sa future fonction. Il apparaît préférable que le métal d'insert présente une température de fusion intermédiaire entre la température de fusion du métal de corps et la température de coulée, de manière que la coulée provoque une fusion partielle de l'élément de liaison 8. Il apparaît que la présente invention nécessite d'une part un choix convenable de la température de coulée, ce choix pouvant coïncider avec la température utilisée classiquement en fonderie, d'autre part une répartition convenable des retards à l'échauffement dans les diverses parties de l'insert, ces retards étant réglés par le choix de formes massives ou minces de ces parties. Il est clair que, lorsque l'insert est plongé brusquement dans le métal de corps à une température de coulée supérieure à la température de fusion du métal d'insert, et compte tenu du fait que la température du métal de corps décroît ensuite en un temps prédéterminé jusqu'à une température inférieure à cette température de fusion, un point de l'insert atteindra ou n'atteindra pas cette température de fusion selon que son retard à l'échauffement est petit ou grand. De préférence, l'élément de liaison présente la forme d'une lèvre 8 partant de la partie de travail et s'étendant sur une largeur ( en en s'amincissant progressivement pour faire décroître de manière correspondante le retard local à l'échauffement superficiel jusqu'à un bord libre de cette lèvre. Ladite température de diffusion est alors atteinte puis dépassée par le métal de cette lèvre à partir d'une distance de transition (d) mesurée à partir de la partie de travail 6. L'amincissement progressif de cette lèvre est choisi pour que cette distance de transition soit certainement inférieure à cette largeur même en présence d'une indétermination limitée des conditions de la coulée. Une telle indétermination peut notamment concerner la température de coulée, la vitesse de coulée, la vitesse du refroidissement du métal après la coulée, la position de l'insert dans le moule, etc.... Les conditions pratiques des opérations de coulée sont en effet telles que des indéterminations de ce genre ne peuvent jamais être complètement évitées. Sur la figure 5, on voit diverses parties 20, 22, 24, 26, 28, et 30 d'un moule qui a été préparé selon des méthodes connues pour permettre la coulée d'une pièce de fonderie devant constituer un corps de robinet. Ces parties sont constituées de sables agglomérés par des résines. Ce moule présente une forme générale de révolution autour d'un axe 18. I1 comporte un noyau axial. Ce dernier a été réalisé en deux parties 28 et 30 de manière à permettre de mettre l'insert 4 dans la position représentée. Dans cette position la partie de travail 6 de cet insert est enserrée entre ces deux parties ce qui assure le maintien de l'insert lors de l'opération de coulée. Deux lèvres 8 de cet insert constituent ses éléments de liaison et font saillie dans l'espace 32 réservé pour le métal du corps de la pièce de fonderie à réaliser. Un chenal de coulée 34 est prévu à la partie inférieure du moule pour permettre l'introduction du métal de corps à l'état liquide. Des évidements tels que 36 ont été formés à la partie supérieure du moule pour recevoir une fraction initiale de ce métal liquide. Au cours de la montée progressive du métal liquide dans le moule une telle fraction se charge d'impuretés solides ou gazeuses et se refroidit plus que les fractions suivantes. C'est pourquoi elle est recueillie dans ces évidements. Après solidification complète du métal et ouverture du moule, elle est éliminée. Le corps de la pièce de fonderie et la partie de travail de l'insert 4 sont alors usinés pour former par exemple des brides de raccordement et la surface de portée 10. La présente invention peut être appliquée à la réalisation de pièces de fonderie autres que des robinets et dans lesquelles l'insert pourrait constituer une butée, un élément de guidage ou de frottement etc... L'insert peut par exemple être la chemise d'un cylindre d'un moteur à pistons, le corps de pièce étant le bloc-cylindres de ce moteur. REVENDICATIONS 1/ Procédé de fabrication d'une pièce de fonderie avec insert, caractérisé par le fait que la coulée d'un corps (2) de la pièce à fabriquer est utilisée pour réaliser une liaison métallurgique entre ce corps et une partie pénétrante amincie (8) d'un insert à fixer à ce corps. 2/ Procédé de fabrication d'une pièce de fonderie avec insert selon la revendication 1, ce procédé comportant les opérations suivantes - préparation d'un moule (20...30) pour un corps (2) de la pièce à fabriquer, ce corps constituant un corps de pièce, - coulée d'un métal pour ce corps dans ce moule, ce métal constituant un métal de corps et présentant une température de fusion, cette coulée étant effectuée à une température de coulée supérieure à cette température de fusion, - préparation d'un insert (4) constitué d'un métal d'insert, cet insert comportant d'une part au moins une partie de travail (6) devant rester extérieure au métal de corps pour assurer une fonction pendant le service de la pièce à fabriquer, cet insert comportant d'autre part au moins un élément de liaison (8), - et fixation de l'insert au corps de pièce par l'intermédiaire de l'élément de liaison, ce procédé étant caractérisé en ce que chaque élément de liaison (8) de l'insert (4) a une forme amincie lui conférant un retard local à l'échauffement superficiel plus petit que des retards locaux à l'échauffement superficiel présentés par la partie de travail (6), ce procédé comportant une mise en place de l'insert dans le moule avant la coulée, cette mise en place faisant pénétrer au moins ledit élément de liaison (8) dans le l'espace (32) réservé par ce moule pour le métal de corps, la température de coulée étant choisie suffisamment élevée et le retard local à l'échauffement superficiel de l'élément de liaison étant rendu suffisamment petit pour qu'une surface de cet élément atteigne lors de la coulée une température de diffusion suffisante pour assurer une interdiffusion entre le métal d'insert et le métal de corps en fusion, de manière que cette coulée réalise la fixation de l'insert avec liaison métallurgique, la température de coulée étant en même temps choisie suffisamment basse et les retards à l'échauffement dans la partie de travail étant choisis suffisamment grands pour que la coulée laisse toujours cette partie de travail à une température suffisamment inférieure à ladite température de diffusion pour éviter de rendre cette partie de travail inappropriée à sa dite fonction. 3/ Procédé de fabrication d'une pièce de fonderie avec insert selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'élément de liaison présente la forme d'une lèvre (8) partant de la partie de travail (6) et s'étendant sur une largeur (4) en s'amincissant progressivement pour faire décroître de manière correspondante le retard local à l'échauffement superficiel jusqu'à un bord libre de cette lèvre. 4/ Procedé selon la revendication 2 caractérisé par le fait que la partie de travail (6) de l'insert (4) est au moins partiellement enserrée par le moule (20...30) lors de la mise en place de cet insert dans ce moule. 5/ Procédé de fabrication d'une pièce de fonderie avec insert selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le métal d'insert présente une température de fusion intermédiaire entre la température de fusion du métal de corps et la température de coulée, de manière que la coulée provoque une fusion partielle de l'élément de liaison (8).