Brevet FR2921574A1 — publié le 20090403

La présente invention concerne le domaine technique de la fabrication de pièces en métal soumis à une opération de forgeage. L'objet de l'invention trouve des applications particulièrement avantageuses pour réaliser des pièces en métal tels qu'en alliage d'aluminium en vue de réaliser des pièces pour le domaine par exemple du cycle ou de l'automobile tels que des bielles, des triangles de suspension, des pivots, des pièces de transmission, des supports moteurs ou toutes autres pièces de liaison au sol. Dans l'état de la technique, il est connu de réaliser une pièce par les techniques de forgeage. Ce procédé consiste à réaliser une ébauche en métal et à la placer après l'avoir éventuellement réchauffée, entre deux gravures d'une matrice. Ces deux gravures sont actionnées par une presse l'une contre l'autre pour exercer sur l'ébauche un travail de déformation tout en garantissant un bon état de surface. Un tel procédé permet d'obtenir des pièces avec une bonne résistance mécanique (statique et dynamique) et un respect des tolérances géométriques. Toutefois, cette technique conduit à l'obtention de pièces massives et relativement lourdes même si le matériau utilisé est un alliage léger. Dans le même sens, compte tenu du prix des matières premières et notamment du matériau constitutif de la pièce, il s'ensuit un coût de la pièce relativement élevé. La présente invention vise donc à remédier aux inconvénients énoncés ci-dessus en proposant un procédé permettant de bénéficier des avantages du procédé de forgeage d'une pièce tout en permettant d'obtenir une pièce de poids optimisé à un coût réduit. Pour atteindre un tel objectif, le procédé selon l'invention vise à réaliser une 25 pièce forgée creuse. L'objet de l'invention vise donc à proposer un procédé de fabrication de pièces forgées creuses comportant les étapes suivantes : - réalisation d'un noyau en matériau perdu dont la forme correspond à la forme intérieure de la pièce à obtenir, à la déformation près subie lors du 30 forgeage, - positionnement du noyau dans un moule de fonderie, - moulage d'un métal autour du noyau pour envelopper complètement le noyau en vue d'obtenir une ébauche, - étancher l'ébauche de sorte que le noyau se trouve complètement isolé vis-à-vis de l'extérieur, - forgeage de l'ébauche afin d'obtenir la pièce à la forme souhaitée, - et débourrage du noyau de la pièce pour obtenir la pièce forgée creuse. Selon une caractéristique avantageuse de réalisation, le procédé consiste à munir le noyau d'au moins un conduit d'évacuation de gaz. Avantageusement, le procédé consiste à assurer le positionnement du noyau 10 dans le moule à l'aide du conduit d'évacuation de gaz. Selon un mode de réalisation, le procédé consiste à assurer l'étanchéité de l'ébauche en obturant chaque conduit d'évacuation de gaz. Selon une variante préférée de réalisation, le procédé consiste à obturer chaque conduit d'évacuation de gaz à l'aide d'un élément de rigidification 15 remplissant ledit conduit. De préférence, le procédé consiste à positionner le conduit d'évacuation de gaz dans le noyau en un lieu destiné à constituer un logement pour la pièce. Selon un exemple de réalisation, le procédé consiste à positionner le conduit d'évacuation de gaz pour qu'il s'étende en saillie de part et d'autre du noyau de 20 manière à constituer un logement traversant dans la pièce. Selon une variante de réalisation, le procédé consiste à assurer le préchauffage de l'ébauche avant son forgeage. Un autre objet de l'invention est de proposer un noyau en matériau perdu pour la mise en oeuvre du procédé comportant au moins un conduit d'évacuation 25 de gaz. Un autre objet de l'invention est de proposer une ébauche comportant le noyau entouré complètement par une enveloppe de métal dans laquelle débouche au moins un conduit d'évacuation. De préférence, l'ébauche comporte un élément étanche de fermeture et de 30 rigidification placé dans chaque conduit d'évacuation. Un autre objet de l'invention est d'obtenir une pièce forgée creuse obtenue à partir de l'ébauche, après forgeage et débourrage. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La Figure 1 est une vue en perspective en écorché présentant un exemple 5 de réalisation d'une pièce obtenue par le procédé de fabrication conforme à l'invention. La Figure 2 illustre un noyau en partie écorché mis en oeuvre dans une étape du procédé selon l'invention. La Figure 3 est une vue en perspective écorchée montrant un noyau pourvu 10 de conduits d'évacuation de gaz. La Figure 4 illustre la mise en place dans un moule, d'un noyau tel qu'illustré à la Fig. 3. La Figure 5 est une vue en perspective d'une ébauche obtenue après la coulée d'un matériau dans un moule illustré à la Fig. 4. 15 La Figure 6 illustre une ébauche obtenue après l'opération de moulage et dont les conduits d'évacuation de gaz sont étanchés. La Figure 7 est une vue d'une matrice inférieure de forgeage dans laquelle est positionnée l'ébauche illustrée à la Fig. 6. La Figure 8 illustre une vue en perspective en partie écorchée de la pièce 20 obtenue après l'opération de forgeage. La Figure 9 illustre une vue en perspective en partie arrachée de la pièce dont une partie du noyau a été percée. L'objet de l'invention vise à assurer la fabrication d'une pièce 1 forgée creuse. Dans l'exemple de réalisation illustrée à la Fig. 1, la pièce 1 est une bielle 25 comportant un corps ou bras 2 muni à chaque extrémité d'une tête 3 de forme cylindrique. Chaque tête 3 est pourvue d'un alésage traversant 4 débouchant sur deux faces latérales opposées 5. Dans l'exemple illustré, les alésages 4 s'étendent selon des axes parallèles entre eux et perpendiculaires à la direction d'extension du bras 2. Tel que cela ressort clairement de la Fig. 1, le corps 2 est creux dans 30 la mesure où il comporte un évidement 7 débouchant dans les alésages 4 des deux têtes 3. La pièce 1 est obtenue selon le procédé de fabrication conforme à l'invention qui vise à assurer une opération de moulage sur un noyau en matériau perdu afin d'obtenir une ébauche soumise ensuite à une opération de forgeage. Tel que cela ressort plus précisément de la Fig. 2, le procédé selon l'invention consiste à réaliser un noyau 10 en un matériau perdu dont la forme externe correspond à la forme intérieure de la pièce 1 à obtenir, à la déformation près subie lors d'une opération ultérieure de forgeage qui sera décrite plus précisément dans la suite de la description. Le noyau 10 est réalisé selon tous les procédés connus mettant en oeuvre des matériaux perdus. Par exemple, le noyau 10 est un noyau en sel, un noyau en sable réalisé à l'aide d'une boîte froide ou chaude ou "croning". Dans l'exemple illustré, le noyau est constitué de sable et de résine. Selon une caractéristique préférée de réalisation, le noyau 10 est plein. Bien entendu, il peut être envisagé de réaliser un noyau 10 à caractère creux. Dans ce cas, le noyau est adapté pour présenter une résistance mécanique suffisante lors de l'opération ultérieure de forgeage. En d'autres termes, le noyau 10 est adapté pour résister aux sollicitations subies lors de l'opération de forgeage. Selon une variante préférée de réalisation, le noyau 10 est pourvu d'au moins un conduit d'évacuation de gaz 11. Dans l'exemple illustré à la Fig. 3, le noyau 10 est pourvu de deux conduits d'évacuation de gaz 11. Chaque conduit d'évacuation de gaz est réalisé par exemple par un tube 11 percé de trous 12 et inséré à l'intérieur du noyau. Ces conduits 11 sont destinés à évacuer les gaz hors du moule, lors de l'opération de moulage. Ces gaz peuvent provenir de la combustion des résines faisant partie du noyau 10. Dans le même sens et selon une variante préférée de réalisation, la surface externe du noyau 10 peut être rendue imperméable par exemple par enduction pour forcer les gaz à sortir par les conduits 11. Selon une caractéristique préférée de réalisation, chaque conduit d'évacuation de gaz 11 est positionné dans le noyau 10 en un lieu destiné à constituer l'alésage 4 pour la pièce. En d'autres termes, chaque conduit 11 est placé de sorte que son axe de symétrie se trouve confondu avec l'axe de l'alésage 4 dans lequel le conduit est placé. Selon une caractéristique préférée de réalisation, chaque conduit d'évacuation de gaz 11 assure le positionnement du noyau 10 dans le moule lors de l'opération de moulage. Dans l'exemple illustré, chaque conduit d'évacuation de gaz 11 s'étend en saillie de part et d'autre du noyau, c'est-à-dire à partir des faces latérales 5. Conformément à l'invention, le procédé consiste à assurer une opération de moulage sur le noyau 10 à l'aide d'un procédé de fonderie classique. Cette opération de fonderie ne sera pas décrite en détail car elle fait partie des connaissances techniques de l'homme du métier et elle peut être mise en oeuvre par n'importe quelle technique de fonderie connue. Ainsi, le noyau 10 et tel que cela ressort plus précisément de la Fig.4, est destiné à être placé dans un moule 15 dont uniquement la partie inférieure a été illustrée à la Fig. 4. Selon une caractéristique de la variante de réalisation illustrée, les conduits d'évacuation de gaz 11 servent au positionnement du noyau 10 à l'intérieur du moule 15. Le moule est de tout type et peut être un moule sable, une coquille métallique ou tout autre procédé de moulage permettant de réaliser une préforme destinée à être forgée. Le procédé consiste donc à assurer la coulée d'un métal autour du noyau 10 pour l'envelopper complètement en vue d'obtenir une ébauche 18 telle qu'illustrée à la Fig. 5. Le noyau 10 est enveloppé complètement à l'exception des conduits d'évacuation 11. Le procédé selon l'invention vise à étancher l'ébauche 18 de sorte que le noyau 10 se trouve complètement isolé vis-à-vis de l'environnement extérieur. Dans l'exemple de réalisation illustré, l'étanchéité de l'ébauche 18 est assurée en obturant chaque conduit d'évacuation de gaz 11 par un élément d'obturation 20 de tous types (Fig. 6). Cet élément d'obturation 20 peut être réalisé de toute manière appropriée par un bouchon métallique, en résine, plastique ou céramique. De cette manière, le noyau 10 ne se trouve pas en contact avec l'air. Selon une caractéristique préférée de réalisation, le procédé consiste à obturer chaque conduit d'évacuation de gaz 11 à l'aide d'un élément de rigidification 20 remplissant le conduit. Par exemple, cet élément 20 peut être une tige ou un axe métallique remplissant complètement chaque conduit d'évacuation de gaz 11. Cet élément permet de rigidifier et d'étancher chaque conduit d'évacuation de gaz 11. Le procédé selon l'invention consiste ensuite à assurer le forgeage de l'ébauche 18 afin d'obtenir la pièce à la forme souhaitée. Cette opération de forgeage est réalisée soit à froid, soit à chaud. Dans le cas du forgeage à chaud, l'ébauche 18 est préchauffée avant d'être placée comme illustrée à la Fig. 7, dans une matrice 22 d'une presse de forgeage. L'ébauche 18 se trouve ainsi positionnée entre les deux matrices d'une presse de forge de tous types connus. Lors de cette opération de forgeage, le noyau 10 toujours présent dans l'ébauche 18, permet d'assurer une contre-pression évitant un effondrement de la pièce au niveau de l'évidement 7, lors de l'opération de frappe. Le noyau 10 permet ainsi de garantir un niveau de compression adapté pour obtenir de bonnes caractéristiques de résistance mécanique. Il est à noter que la présence des axes métalliques 20 à l'intérieur du noyau 10 contribue aussi à la résistance mécanique du noyau. Après l'opération de forgeage, la pièce 1 est enlevée des matrices comme illustrée à la Fig. 8. Si la pièce 1 présente une bavure 22 due à l'opération de forgeage, alors cette bavure 22 est enlevée. Le procédé selon l'invention consiste ensuite à assurer le débourrage du noyau 10 de la pièce 1 pour obtenir la pièce forgée creuse. Cette opération de débourrage peut être réalisée par tout moyen approprié tel que perçage, vibrations et/ou traitement thermique permettant d'enlever la totalité du noyau 10. Par exemple, il peut être envisagé de réaliser un perçage au niveau des têtes 3 afin d'obtenir des alésages 4 et un traitement thermique pour retirer le noyau situé dans le bras 2 pour obtenir l'évidement 7. Après l'enlèvement total du noyau 10, la pièce creuse 1 est obtenue (Fig. 1). Tel que cela ressort de la description qui précède, le procédé selon l'invention permet d'obtenir une pièce forgée creuse. Dans l'exemple illustré, la pièce 1 est une bielle. Il est clair que l'objet de l'invention peut être mis en oeuvre pour différentes pièces avec des formes variées avec un ou plusieurs évidements débouchants. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication de pièces forgées creuses (1), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - réalisation d'un noyau (10) en matériau perdu dont la forme correspond à la forme intérieure de la pièce à obtenir, à la déformation près subie lors du forgeage, - positionnement du noyau (10) dans un moule de fonderie, - moulage d'un métal autour du noyau (10) pour envelopper complètement le noyau en vue d'obtenir une ébauche (18), - étancher l'ébauche (18) de sorte que le noyau (10) se trouve complètement isolé vis-à-vis de l'extérieur, - forgeage de l'ébauche (18) afin d'obtenir la pièce à la forme souhaitée, et débourrage du noyau (10) de la pièce pour obtenir la pièce (1) forgée creuse. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à munir le noyau (10) d'au moins un conduit d'évacuation de gaz (11). 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à assurer le positionnement du noyau (10) dans le moule à l'aide du conduit d'évacuation de gaz (11). 4 - Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il consiste à assurer l'étanchéité de l'ébauche (18) en obturant chaque conduit d'évacuation de gaz (11). 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il consiste à obturer chaque conduit d'évacuation de gaz (11) à l'aide d'un élément de rigidification (20) remplissant ledit conduit. 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à positionner le conduit d'évacuation de gaz (11) dans le noyau (10) en un lieu destiné à constituer un logement (4) pour la pièce. 7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste à positionner le conduit d'évacuation de gaz (11) pour qu'il s'étende en saillie de part et d'autre du noyau de manière à constituer un logement (4) traversant dans la pièce. 8 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à assurer le préchauffage de l'ébauche (18) avant son forgeage. 9 - Noyau en matériau perdu pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un 5 conduit d'évacuation de gaz (11). 10 - Ebauche caractérisée en ce qu'elle comporte le noyau (10) conforme à la revendication 8 ou 9, entouré complètement par une enveloppe de métal dans laquelle débouche au moins un conduit d'évacuation (11). 11 - Ebauche selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comporte un 10 élément étanche de fermeture et de rigidification (20) placé dans chaque conduit d'évacuation. 12 - Pièce forgée creuse caractérisée en ce qu'elle est obtenue à partir de l'ébauche (18) conforme à la revendication 11, après forgeage et débourrage.