Brevet FR2800655A1 — publié le 20010511

La présente invention concerne le domaine de la fonderie, en moules métalliques, pour la réalisation de pièces notamment en métaux ou alliages légers, avec mise en place d'un ou plusieurs inserts dans la pièce, lors de l'opération de moulage. Plus particulièrement, cette invention a pour objet un procédé d'alimentation en métal ou alliage fondu, pour le moulage d'une telle pièce avec insert. La fonderie d'alliages légers consiste à produire des pièces de dimension précise, à partir d'une matière métallique qui est d'abord mise en fusion, puis introduite dans un moule métallique à l'intérieur duquel elle se solidifie, en prenant la forme imposée par la cavité du moule. La forme solide ainsi obtenue est extraite du moule, et l'opération suivante consiste en la séparation du système d'alimentation ("carotte" de moulage) de la pièce. La pièce obtenue subit ensuite des opérations de parachèvement et de finition, avant son montage ou son utilisation. Lors du remplissage du moule, I'écoulement de la matière à mouler met en jeu des phénomènes hydrauliques et thermiques complexes, et c'est la maîtrise technique de ces phénomènes qui permet l'obtention de pièces répondant aux exigences posées en termes de: "santé" de la matière, caractéristiques mécaniques, et demandes spécifiques. Cependant, lors du remplissage du moule, des obstacles intérieurs tels que broches, noyaux ou inserts sont autant de facteurs qui perturbent l'écoulement du métal ou alliage. En effet, un obstacle situé sur le trajet du métal ou alliage en fusion provoque une division du flux, créant une "zone d'ombre" remplie en retour; à cet endroit, la pièce pourra présenter des défauts, non compatibles avec les exigences de qualité imposées. Dans le cas particulier d'une pièce moulée 1 avec insert 2, comme l'illustre la figure 1 du dessin schématique annexé, I'insert 2 peut constituer un obstacle plus ou moins important, qui doit être contourné par le métal ou alliage en fusion, et qui perturbe ainsi le flux de matière fondue, lors du remplissage du moule, les zones o le flux est contrarié étant indiquées en 3. Ceci engendre des défauts de la pièce 1, dans la ou les zones 4 opposées à l'alimentation du moule, indiquée en 5. De tels défauts pourraient ne pas être acceptables, particulièrement dans le cas d'une pièce 1 ayant une fonction de sécurité, par exemple dans le domaine automobile. La présente invention a donc pour but de diminuer, voire de supprimer ces inconvénients, dus à la présence d'un insert, et de permettre ainsi l'obtention de pièces avec insert en éliminant les effets négatifs de la présence de l'insert sur l'écoulement de la matière lors du remplissage du moule. A cet effet, I'invention a pour objet un procédé d'alimentation pour le moulage d'une pièce avec insert, du type spécifié en introduction, qui consiste essentiellement, lors du remplissage du moule, à faire passer la matière fondue à mouler à travers l'insert et éventuellement son support grâce à des orifices ménagés dans l'insert et, le cas échéant, dans son support, et créant au moins un canal transversal audit insert et apte à être parcouru par un flux de matière fondue à mouler. De préférence, dans le cas d'un insert de forme évidée, les orifices sont ménagées dans des zones opposées de l'insert, de manière à créer, au travers de l'insert, un flux de matière entre le côté de l'alimentation du moule et le côté opposé à cette alimentation. Par exemple, dans le cas d'un insert en forme de manchon ou de bague, deux orifices diamétralement opposés sont ménagés dans ce manchon. L'idée inventive consiste ainsi à réaliser un insert pourvu d'orifices, convenablement disposés sur l'insert et convenablement orientés lors de la mise en place de l'insert dans le moule, ces orifices (combinés éventuellement avec des orifices ménagés dans le support de l'insert) permettant au métal ou alliage en fusion de traverser cet insert, pour venir remplir la zone du moule opposée à l'alimentation. Bien entendu, si cela est nécessaire, la matière solidifiée correspondant au canal traversant l'insert peut être éliminée, lors des opérations effectuées après extraction de la pièce solide hors du moule. Grâce au procédé objet de l'invention, le remplissage du moule peut être optimisé dans le cas d'une pièce avec insert, avec obtention des effets avantageux suivants: - Le flux de matière fondue circule, de la manière la plus directe possible, vers la zone du moule opposée à l'alimentation. - La solidification de cette matière est, elle aussi, dirigée. - Le ou les canaux créés dans l'insert et/ou dans son support assurent une transmission éventuelle de la pression initiale en tout point de la cavité du moule, correspondant à la pièce à mouler. De plus, en tant que conséquence directe du procédé selon l'invention, les orifices ménagés dans l'insert, et finalement remplis par la matière à mouler solidifiée, permettent un accrochage mécanique efficace de l'insert sur la pièce moulée. On notera que le procédé d'alimentation, objet de l'invention, favorise le remplissage du moule et contribue à la qualité d'une pièce moulée avec insert, en évitant les zones de défauts, quel que soit le principe du moule et le côté de l'alimentation de ce moule. Ainsi, le procédé selon l'invention est compatible avec des moules et presses à injecter avec fermeture verticale et injection verticale, ou avec fermeture horizontale et injection verticale, ou encore avec fermeture horizontale et injection horizontale. Ce procédé peut être utilisé aussi dans le cas d'un moulage par gravité (sans pression). La conformation et le nombre des canaux, créés par les orifices de l'insert et éventuellement de son support, peuvent être adaptés en fonction de la pièce à mouler, ainsi que des flux de matière souhaités. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé illustrant un mode de mise en oeuvre de ce procédé d'alimentation pour le moulage d'une pièce avec insert, ainsi que des applications et variantes de ce procédé: Figure 1 (déjà mentionnée plus haut) illustre, sous forme de schéma de principe, le procédé de moulage traditionnel d'une pièce avec insert; Figure 2 est un schéma de principe similaire à figure 1, mais relatif au procédé objet de la présente invention; Figure 3 est une vue en coupe suivant III-III de figure 2 Figure 4 est une vue en perspective de l'insert, tel qu'utilisé pour la mise en oeuvre du procédé illustré aux figures 2 et 3; Figure 5 est une vue en perspective d'un exemple concret de pièce avec insert, moulée par le procédé objet de l'invention; Figure 6 illustre le procédé de moulage de la pièce de figure 5 Figure 7 est un schéma de principe, similaire à figure 2, illustrant une variante du procédé selon l'invention; Figure 8 est une vue en coupe suivant VIIIVIII de figure 7 Figure 9 est un schéma de principe, illustrant une autre variante de ce procédé; Figure 10 est un schéma de principe, illustrant encore une autre variante. En se référant tout d'abord aux figures 2 et 4, on considère le moulage d'une pièce 1 en métal ou alliage léger, par exemple en aluminium, la pièce 1 à réaliser comportant un insert 2 en forme de manchon ou de bague. A l'intérieur du moule 6, I'insert 2 est positionné sur un support 7, constitué par des portions en relief de la partie de moule fixe 6a et de la partie de moule mobile 6b (voir figure 3). L'insert 2 en forme de manchon, représenté seul sur la figure 4, est réalisable en un métal distinct, et il comporte ici deux orifices 8 et 9 de forme oblongue, ménagés dans des positions diamétralement opposées. L'insert 2 est positionné dans le moule 6, sur son support 7, de telle sorte que l'un des orifices 8 se situe face à l'alimentation 5 du moule 6. L'autre orifice 9 de l'insert 2 est alors placé face à la zone 4 opposée à l'alimentation 5. Entre les positions prises par les deux orifices 8 et 9, le support 7 de l'insert 2 comporte un orifice diamétral 10, constitué par deux gorges complémentaires ménagées, respectivement, dans les parties de moule 6a et 6b (voir figure 3). Les trois orifices 8, 9 et 10, alignés, définissent un canal 11 transversal à l'insert 2, plus particulièrement un canal diamétral, qui traverse cet insert 2 de part en part. Ainsi, lors du remplissage du moule 6, comme indiqué par les diverses flèches de la figure 2, la matière en fusion provenant de l'alimentation 5 se subdivise en plusieurs flux, plus particulièrement en deux flux latéraux qui s'écoulent de part et d'autre de l'insert 2, et un flux central qui s'écoule par le canal 11, donc au travers de l'insert 2 et de son support 3. Comme on le conçoit aisément, ce triple flux et notamment le flux parcourant le canal 11 favorisent le remplissage, en matière à mouler, de la zone 4 opposée à l'alimentation 5. Après solidification de cette matière, le moule 6 est ouvert par éloignement de ses parties fixe 6a et mobile 6b. La portion de matière solidifiée, correspondant au canal 11, peut être ensuite éliminée en laissant en place la matière occupant les deux orifices 8 et 9 de l'insert 2, de manière à assurer un accrochage mécanique de cet insert 2 sur le restant de la pièce 1. Les figures 5 et 6 illustrent un exemple concret de pièce 1 réalisable par le procédé précédemment décrit. La pièce 1 est ici un pivot de roue, pour véhicule automobile, réalisé en aluminium et pourvu d'un insert 2 en forme de manchon ou de bague, en un autre métal, situé dans la région du moyeu central de ce pivot de roue. La figure 6 illustre le procédé de moulage d'une telle pièce 1 avec insert 2 qui, hormis les formes particulières de la pièce 1, s'effectue exactement selon le principe précédemment décrit, grâce aux deux orifices 8 et 9 de l'insert 2 et à la formation du canal 1 1. Les figures 7 et suivantes illustrent quelques variantes de ce procédé, à titre d'exemples non limitatifs. Les variantes concernent les positions et formes des orifices de l'insert 2, et du ou des orifices du support 7 de l'insert 2, ces exemples montrant diverses possibilités d'orientation des flux de métal en fusion à l'intérieur du moule 6. Selon les figures 7 et 8, I'insert 2 en forme de manchon possède encore deux orifices opposés 8 et 9, mais ceux-ci sont positionnés latéralement. Quant au support 7 de l'insert 2, celui-ci comporte deux gorges latérales 10a et 10Ob, en correspondance avec les positions des orifices 8 et 9 de l'insert 2. Les deux flux latéraux de matière fondue peuvent ainsi être rapprochés du centre du moule 6, et traverser partiellement l'insert 2, pour remplir plus directement la zone 4 située à l'opposé de l'alimentation 5. Dans le cas de la figure 9, le canal 11 possède une configuration en "Y" ou évasée (les orifices 8 et 9 étant inégaux), assurant une distribution mieux répartie de la matière en fusion dans la zone 4 opposée à l'alimentation 5. Enfin, comme le montre la figure 10, dans une variante découlant de celle des figures 7 et 8, les orifices 8 et 9 de l'insert 2, et les gorges 10a et 10b du support 7 de l'insert 2, possèdent une configuration d'ensemble en "V", de manière à réduire très fortement l'obstacle à l'écoulement de la matière fondue, constitué par l'insert 2 et son support 7. D'autres configurations restent possibles, notamment en fonction des formes de la pièce 1 et de l'insert 2. Comme il va de soi, et comme il ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite pas aux seuls modes de mise en oeuvre de ce procédé d'alimentation pour le moulage d'une pièce avec insert qui ont été décrits ci-dessus, à titre d'exemples; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe, quels que soient notamment: la nature de la matière à mouler, la forme et la matière de l'insert, le nombre et la répartition des orifices de l'insert, et la configuration résultante du ou des canaux transversaux à cet insert, le ou les canaux pouvant être droits, coudés, en "Y", en croix, etc... On notera aussi que, dans le cas d'un insert massif (et non évidé), le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre en créant un canal uniquement dans cet insert, sans nécessité de ménager un ou des orifices dans un support d'insert. Par ailleurs, ce procédé est compatible avec tous principes de moulage et coulée, notamment sous pression ou par gravité (sans pression). Enfin, il est bien entendu que le procédé de l'invention peut s'appliquer à des pièces moulées de toutes dimensions, et de toutes destinations, dans la mesure o ces pièces comportent un ou plusieurs inserts. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'alimentation en métal ou alliage fondu, pour le moulage de pièces notamment en métaux ou alliages légers, avec mise en place d'un ou plusieurs inserts dans la pièce, lors de l'opération de moulage, caractérisé en ce qu'il consiste, lors du remplissage du moule (6), à faire passer la matière fondue à mouler à travers I'insert (2) et éventuellement son support (7), grâce à ces orifices (8, 9, 10) ménagés dans l'insert (2) et, le cas échéant, dans son support (7), et créant au moins un canal (11) transversal audit insert (2) et apte à être parcouru par un flux de matière fondue à mouler. 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas d'un insert (2) de forme évidée, les orifices (8, 9) sont ménagés dans des zones opposées de l'insert (2), de manière à créer, au travers de lI'insert (2), un flux de matière entre le côté de l'alimentation (5) du moule (6) et le côté (4) opposé à cette alimentation (5). 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'insert (2), en forme de manchon ou de bague, comporte deux orifices (8, 9) ménagés dans des positions diamétralement opposées, cet insert (2) étant positionné dans le moule (6), sur son support (7), de telle sorte que l'un des orifices (8) se situe face à l'alimentation (5) du moule (6), I'autre orifice (9) étant alors placé face à la zone (4) opposée à l'alimentation (5), tandis que le support (7) de l'insert (2) comporte, entre les positions prises par les orifices précités (8, 9), un orifice diamétral (10) définissant, avec les orifices (8, 9) de l'insert (2), le canal (11) transversal à l'insert (2). 4- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'orifice diamétral (10) du support (7) de l'insert (2) résulte de deux gorges complémentaires ménagées, respectivement, dans les parties fixe (6a) et mobile (6b) du moule (6).