Brevet FR2872722A1 — publié le 20060113

DISPOSITIF DE MOULAGE D'UNE PIECE METALLIQUE L'invention à pour objet un dispositif de moulage d'une pièce métallique, en particulier une culasse de moteur. Le carter d'un moteur est fermé, habituellement, par une culasse comportant une embase appliquée sur un bord supérieur plan du carter, avec interposition d'un joint. Cette culasse comporte un certain nombre de conduits d'évacuation des gaz qui sont moulés en une seule pièce avec l'embase, la culasse étant réalisée par coulée de métal liquide dans un moule. D'une façon générale, le moule est composé de plusieurs parties qui, après coulée et durcissement du métal, peuvent être démontées afin d'obtenir la pièce moulée. Généralement, des outillages métalliques réalisent les faces extérieures de la pièce, en particulier la face inférieure de l'embase. Les formes intérieures, en particulier les conduits de gaz, sont obtenues au moyen de noyaux en sable de fonderie dont le profil externe correspond au profil interne du conduit à réaliser et qui sont fixés sur le fond du moule de façon à ménager un orifice prolongé par un conduit creux. Habituellement, on recherche des caractéristiques mécaniques élevées, en particulier pour l'embase qui ferme la chambre de combustion du moteur et, pour cela, on contrôle le refroidissement du métal au moyen de l'outillage métallique. Il est nécessaire, d'autre part, de contrôler avec une grande précision le positionnement et le maintien des différents éléments du moule et des noyaux pendant la coulée afin d'éviter des dispersions de la pièce brute après démoulage. Habituellement, les noyaux de moulage des conduits sont positionnés et maintenus par une banquette de sable située à l'extérieur de la culasse et, par conséquent, éloignée du débouché des conduits sur la face inférieure du moule. II peut en résulter des dispersions géométriques relativement importantes au débouché des conduits par rapport aux références de la face inférieure, dans les trois directions de l'espace. Dans certains cas, pour assurer le positionnement du noyau, l'extrémité de celui-ci est maintenue dans un logement de la plaque métallique constituant le fond du moule. Cependant, le contact entre le mélange sable résine du noyau et la plaque métallique provoque sur celle-ci des dépôts qui peuvent perturber le positionnement relatif de ces éléments et nécessitent un nettoyage fréquent. D'autre part, la pression métallostatique, lors de la coulée du métal, tend à écarter le noyau, lors de la coulée, perpendiculairement au fond ce qui favorise les infiltrations de métal. En outre, le contrôle du refroidissement est perturbé, en particulier dans la zone comprise entre les conduits et il peut en résulter une dégradation des caractéristiques mécaniques de cette zone qui est particulièrement chargée thermo- mécaniquement lors du fonctionnement du moteur. L'invention à pour objet de résoudre l'ensemble de ces problèmes grâce à un dispositif de fixation d'un noyau en sable de fonderie, permettant d'assurer un positionnement très précis du noyau par rapport à la plaque de fond du moule et de maintenir cette position pendant la coulée en évitant tout risque d'infiltration de métal entre l'extrémité du noyau et la plaque de fond. L'invention s'applique donc, d'une façon générale, à un dispositif de moulage d'une pièce métallique comportant une embase percée d'au moins un orifice prolongé par un conduit creux moulé en une seule pièce avec l'embase par coulée de métal liquide dans un moule comportant un fond constitué d'une plaque rigide ayant une face interne de moulage de l'embase et au moins un noyau en sable de fonderie ayant une extrémité fixée sur la plaque de fond au niveau de l'orifice à ménager dans l'embase. Conformément à l'invention, chaque noyau de sable est fixé sur la plaque de fond par une tige de maintien enfilée dans un orifice ménagé dans la plaque de fond et ayant une extrémité interne fixée de façon amovible sur l'extrémité du noyau et une extrémité externe prenant appui sur la plaque de fond par un organe élastique de mise en traction de la tige de maintien vers l'extérieur du moule pour l'application sous pression de l'extrémité du noyau sur la plaque de fond. Cette pression d'application est suffisante pour éviter un décollement de ladite extrémité du noyau et, par conséquent, une infiltration de métal lors de la coulée et du durcissement de celui-ci. Dans un mode de réalisation préférentiel, la tige de maintien traverse la plaque de fond du moule sur toute son épaisseur et prend appui sur celleci par un organe élastique comprimé entre une face externe de la plaque de fond et une partie d'appui de la tige, placée à l'extrémité de celle- ci, à l'extérieur du moule. De façon particulièrement avantageuse, l'organe élastique de mise en traction de la tige de maintien est un ressort enfilé sur une partie de la tige prolongeant celle-ci à l'extérieur du moule et comprimé entre la face externe de la plaque de fond et une partie d'appui ménagée à l'extrémité externe de la tige et, de préférence, fixée de façon amovible sur celle-ci. Par exemple, la bride d'appui peut être constituée par la base d'une douille munie d'un trou borgne fileté intérieurement et vissée sur une partie filetée de l'extrémité externe de la tige de maintien pour la mise en traction de celle-ci par compression de l'organe élastique. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, l'extrémité interne de la tige de maintien est fixée sur un insert scellé à l'extrémité du noyau lors de la fabrication de celui-ci par moulage en sable de fonderie. Cet insert comprend avantageusement deux parties en saillie, respectivement de scellement dans le noyau et de fixation sur la tige de maintien, qui sont ménagées de part et d'autre d'une partie élargie de diamètre au plus égal à celui du noyau et formant une face d'application de celui-ci sur la plaque de fond. D'autres caractéristiques avantageuses de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation particulier, donné à titre d'exemple et représenté sur les dessins annexés. La figure 1 montre schématiquement, en coupe longitudinale, un dispositif de moulage muni de moyens de fixation d'un noyau selon l'invention. La figure 2 montre, en perspective, un noyau et ses moyens de fixation. Sur la figure 1 on a représenté schématiquement un dispositif de moulage d'une culasse comportant une plaque de fond 1 constituant le fond du moule et associée à des outillages 11, 12 de moulage des parois externes de la culasse. Le fond 1 est constitué d'une plaque métallique épaisse qui peut, avantageusement, être munie de moyens connus et non représentés pour le contrôle de la température de refroidissement du métal. La plaque de fond est généralement plane et permet de mouler la face inférieure 20 de l'embase 2 de la culasse qui, d'autre part, comporte certains conduits de gaz dont la paroi est moulée en une seule pièce avec l'embase 2 dans un espace creux 21 ménagé entre une face externe 13 des outillages 11, 12 et une face externe 31 d'un noyau 3 en sable de fonderie. Après coulée du métal dans l'espace 21, ce noyau 3 est retiré, l'embase 2 comportant ainsi un orifice 22 prolongé par un conduit creux 23 correspondant à l'espace occupé par le noyau 3. Habituellement, l'orifice 22 est centré sur un axe Z' Z perpendiculaire à la plaque de fond 1, le noyau 3 étant ensuite coudé progressivement. A titre d'exemple, la figure 1 montre une culasse à deux conduits, un seul noyau de sable 3 étant représenté pour ne pas surcharger la figure. Comme indiqué plus haut, le noyau 3 qui est soumis, lors de la coulée, à la pression du métal liquide, a tendance à se soulever et doit donc être positionné et maintenu avec une grande précision sur la plaque de fond 1. Selon l'invention, on utilise, à cet effet, une tige de maintien 4 qui passe dans un orifice 14 centré sur l'axe Z' Z du conduit à ménager et traversant la plaque de fond 1 sur toute son épaisseur. Cette tige de maintien 4 comporte une extrémité interne 41 fixée de façon amovible sur l'extrémité 32 du noyau de sable 3 et une extrémité externe 42 prenant appui sur la plaque de fond 1, à l'extérieur de celle-ci, par un organe élastique 5 de mise en traction de la tige de maintien 4. Pour assurer une fixation amovible de la tige de maintien 4 sur le noyau 3, celui-ci est muni d'un insert 6 constitué d'une pièce métallique qui est scellée à son extrémité 32 lors de sa fabrication par moulage en sable de fonderie. A cet effet, la pièce 6 comprend une partie de scellement 61 qui s'étend en saillie à partir d'une partie élargie 62 ayant un diamètre un peu inférieur à celui de l'extrémité 32 du noyau 3 et comportant une face annulaire 63 placée dans le plan de l'extrémité 32 et venant s'appliquer sur la face interne 14 de la plaque de fond 1, à la pose du noyau. La pièce métallique 6 est prolongée d'autre part, vers l'extérieur de la face annulaire 63, par une seconde partie en saillie 64 qui présente, avantageusement, une forme conique et vient d'engager dans une partie interne de l'orifice 14 présentant une forme conjuguée. Ainsi, cette seconde partie en saillie 64 détermine le positionnement très précis de l'extrémité 32 du noyau et le centrage de celle-ci sur l'axe Z' Z de l'orifice 14. D'autre part, l'extrémité interne 41 de la tige de maintien 4 est filetée et vient se visser dans un trou borgne 65 de l'insert 6 muni d'un filetage intérieur conjugué. A son extrémité opposée 42, la tige de maintien 4 est fixée sur une pièce d'appui 50 ayant une face 51 formant une bride sur laquelle prend appui un organe élastique 5 constituée avantageusement d'un ressort enfilé sur la partie de la tige 4 s'étendant à l'extérieur de la plaque de fond 1 et comprimé par vissage de la tige 4 en prenant appui, par une rondelle 52, sur le fond d'un lamage 17 ménagé sur la face externe 16 de la plaque 1 et centré sur l'axe vertical Z' Z. Comme indiqué plus haut, l'insert 6 est scellé dans l'extrémité 32 du noyau 3, lors du moulage de celui-ci. Lorsque le noyau 3 est posé sur la plaque de fond 1, la partie conique 64 de l'insert 6 vient se centrer exactement dans l'orifice 15 et la face annulaire 63 s'applique sur la face interne 14 de la plaque de fond. Le noyau 3 est ainsi parfaitement positionné, son extrémité 32 étant centrée sur l'axe Z' Z orthogonal à la plaque de fond 1. On introduit alors, par l'extérieur, la tige de maintien 4 dans l'orifice 15 de façon que son extrémité interne 41 s'engage et vienne se visser dans le trou borgne par rotation de la tige 4 autour de son axe. Pour commander cette rotation, la pièce d'appui 50 qui est fixée sur l'extrémité externe 42 de la tige 4 et solidarisée en rotation avec celleci est avantageusement munie d'une partie aplatie 52. L'extrémité interne 41 de la tige 4 pénètre donc par vissage dans le trou 65 de l'insert 6, contre l'action du ressort 5 qui est ainsi comprimé et soumet la tige 4 à un effort de traction, de façon à appliquer la face annulaire 63 de l'insert 6 sur la face interne 14, sous une pression qui dépend du degré de vissage de la tige 4. Celle-ci s'enfonce, en effet, plus ou moins dans le trou borgne 65, en augmentant la pression d'application du noyau 3. Le déplacement axial de la tige 4 est simplement limité par une butée 44 qui, en fin de vissage, vient s'appliquer sur l'extrémité de la partie de centrage 64 de l'insert. On réalise ainsi, en une seule opération, la mise en place et le centrage du noyau 3 et l'application sous pression de son extrémité 32 sur la face interne 14 de la plaque de fond 1. Cette pression d'application, qui peut être réglée par le vissage de la tige de maintien 4, permet d'immobiliser parfaitement le noyau dans une direction perpendiculaire à la plaque 1 et, ainsi, d'éviter un déplacement du noyau 3 ainsi que le risque d'infiltration du métal sous l'effet de la pression métallo-statique lors de la coulée du métal liquide. De ce fait, la face annulaire 33 de l'insert 6, qui présente un diamètre un peu inférieur à celui de l'extrémité 32 du noyau, reste parfaitement propre et, d'ailleurs, peut être facilement vérifiée et nettoyée après chaque usage. Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux détails du mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre de simple exemple mais couvre d'autres variantes utilisant des moyens analogues ou équivalents. En particulier, l'invention peut s'adapter facilement à des outillages de moulage de tous types pour la réalisation de pièces de formes variées. Par exemple, sur la figure 1, on a représenté, pour simplifier, la réalisation d'un seul conduit 21 mais la culasse peut, le cas échéant, comporter deux conduits voisins. Dans ce cas, la plaque de fond pourrait être munie de deux orifices à axes parallèles pour la fixation de deux noyaux adjacents. D'autre part, la fixation amovible de la tige de maintien sur l'insert pourrait être réalisée d'une autre façon, par exemple par un moyen d'accrochage à baïonnette comportant deux tétons diamétralement opposés ménagés à l'extrémité interne de la tige et s'engageant dans deux rainures conjuguées de l'insert ayant une partie parallèle à l'axe Z Z' pour l'engagement de la tige avec mise en compression du ressort 5 et se terminant par une partie recourbée pour l'accrochage de la tige. REVENDICATIONS 1. Dispositif de moulage d'une pièce métallique comportant une embase (2) percée d'au moins un orifice (22) prolongé par un conduit creux (23) dont la paroi (21) est moulée en une seule pièce avec l'embase (2) par coulée de métal liquide dans un moule comportant un fond (1) constitué d'une plaque rigide ayant une face interne (14) de moulage de l'embase (2) et au moins un noyau de sable de fonderie (3) ayant une extrémité (32) fixée sur la plaque de fond (1) au niveau de l'orifice (22) à ménager dans l'embase (2) et avec un profil externe (31) correspondant au profil interne du conduit (23), caractérisé par le fait que le noyau de sable (3) est fixé sur la plaque de fond (1) par une tige de maintien (4) enfilée dans un orifice (15) ménagé dans la plaque de fond (1) et ayant une extrémité interne (14) fixée sur l'extrémité (32) du noyau (3) et une extrémité externe (42) prenant appui sur la plaque de fond (1) par un organe élastique (5) de mise en traction de la tige de maintien (4) vers l'extérieur du moule pour l'application sous pression de l'extrémité (32) du noyau (3) sur la plaque de fond (1). 2. Dispositif de moulage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité interne (41) de la tige de maintien (4) est fixée de façon amovible sur une pièce (6) solidaire de l'extrémité (32) du noyau (3) et prenant appui sur la face interne (14) de la plaque de fond (1). 3. Dispositif de moulage selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'extrémité externe (42) de la tige de maintien (4) est fixée de façon amovible sur une pièce (50) prenant appui sur une face externe (16) de la plaque de fond (1) par l'intermédiaire d'un organe élastique (5). 4. Dispositif de moulage selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que l'organe élastique (5) de mise en traction de la tige de maintien (4) exerce une pression d'application de l'extrémité (32) du noyau (13) suffisante pour éviter tout décollement de ladite extrémité (32) lors de la coulée et du durcissement du métal. 5. Dispositif de moulage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tige de maintien (4) traverse la plaque de fond (1) du moule sur toute son épaisseur et prend appui sur celle-ci par un organe élastique (5) comprimé entre une face externe (16) de la plaque de fond et une partie d'appui (50) de la tige (4), placée à l'extrémité de celle-ci à l'extérieur du moule. 6. Dispositif de moulage selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'organe élastique (5) est un ressort enfilé sur une partie de la tige (4) prolongeant celle-ci à l'extérieur du moule et comprimé entre la face extérieure (16) de la plaque de fond (1) et une pièce d'appui (50) fixée sur l'extrémité externe (42) de la tige (4). 7. Dispositif de moulage selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pièce d'appui (50) est munie d'un alésage fileté intérieurement et vissé sur l'extrémité externe (42) de la tige de maintien (4). 8. Dispositif de moulage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité interne (41) de la tige de maintien (4) est fixée sur un insert (6) scellé à l'extrémité (32) du noyau (3) lors de la fabrication de celui-ci par moulage en sable de fonderie. 9. Dispositif de moulage selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'insert (6) de fixation de la tige de maintien (4) comprend deux parties en saillie, respectivement (61) de scellement dans le noyau (3) et (64) de fixation sur la tige de maintien (4), qui sont ménagées de part et d'autre d'une partie élargie (62) de diamètre au plus égal à celui de l'extrémité (32) du noyau (3) et formant une face annulaire (63) d'application de celui-ci sur la plaque de fond (1). 10. Dispositif de moulage selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'extrémité interne (41) de la tige de maintien (4) est fixée de façon amovible sur l'insert (6) contre l'action d'un organe élastique (5) de mise en traction de la tige (4). 11. Dispositif de moulage selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'extrémité interne (41) de la tige (4) est munie d'un filetage qui se visse dans un alésage fileté intérieurement de l'insert (6). 12. Dispositif de moulage selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'extrémité interne (41) de la tige de maintien (4) est fixée de façon amovible sur l'insert (6) par un moyen d'accrochage à baïonnette. 13. Procédé de moulage d'une culasse comprenant une embase sensiblement plane percée d'au moins un orifice prolongé par un conduit, par coulée de métal dans un moule comportant une plaque métallique ayant une face interne sensiblement plane de moulage de l'embase,sur laquelle est fixé au moins un noyau en sable de fonderie ayant un profil externe correspondant au profil interne du conduit à réaliser, caractérisé par le fait que le noyau est appliqué par une extrémité sur la plaque métallique sous une pression suffisante pour résister aux efforts de décollement du noyau lors de la coulée du métal et éviter une infiltration de métal entre l'extrémité du noyau et la plaque métallique.