Brevet FR2959145A1 — publié le 20111028

PROCEDE DE REALISATION PAR MOULAGE D'UNE PIECE MECANIQUE COMPORTANT DES FORMES COMPLEXES ET EVOLUTIVES, NOTAMMENT D'UNE CULASSE DE VEHICULE. [0001 La présente invention concerne un procédé de réalisation par moulage d'une pièce mécanique comportant des formes complexes et évolutives. Elle s'applique notamment à la réalisation par moulage d'une culasse de moteur de véhicule. [0002] La culasse est la partie supérieure, le plus souvent démontable, d'un moteur à pistons alternatifs. C'est une pièce complexe, en fonte ou en alliage d'aluminium généralement obtenue par fonderie, qui ferme le haut des cylindres, loge notamment les soupapes d'admission et d'échappement et comporte différents circuits de forme complexe et de section évolutive, en particulier pour le passage d'huile sous pression. [0003] Parmi les procédés de moulage de pièces métalliques, comme les culasses de moteurs, on connaît le procédé à moule perdu (ou procédé dit « PMP »). Les avantages de ce procédé sont multiples : la qualité de la « peau » de la pièce est remarquable, les opérations de noyautage des parties creuses sont supprimées, les plans de joint du moule sont supprimés, les coûts d'ébarbage sont moindres, les pièces peuvent être réalisées avec moins de métal, avec plus de précision, les cadences de fabrication peuvent être élevées, il n'y a pas d'usure de l'outillage de production, etc. [0004 Le modèle représentant exactement la pièce à obtenir peut être en polystyrène expansé (procédé dit « Lost Foam »). Ce procédé implique évidemment la fabrication d'autant de modèles que de pièces à réaliser. Les modèles sont obtenus, de manière connue en soi, par injection, dans un moule métallique, de granules de polystyrène qui se soudent sous l'action de la vapeur. Les différentes parties du modèle et les appendices de coulée sont collés de manière à former des grappes recouvertes d'un enduit réfractaire, puis placées dans un bac dans lequel on verse du sable sec sans liant qui est ensuite compacté par vibrations. Lors de la coulée, le front de métal progresse en faisant évaporer le polystyrène et prend la place de celui-ci. On obtient, ainsi, une pièce métallique identique au modèle en polystyrène. [0005i Des circuits de forme complexe et de section évolutive sont présents dans une culasse de moteur, par exemple les circuits d'alimentation en huile des paliers d'arbre à cames, le circuit d'alimentation transversale en huile, la montée d'huile, etc. [0006] Ces circuits nécessitent des usinages, en particulier des perçages, qui sont relativement coûteux, notamment du fait de l'utilisation de machines spécifiques et de l'importance des temps d'usinage. [000n On a déjà cherché à éviter les usinages par enlèvement de matière, tels que les opérations de perçage, pour réaliser des conduits internes de guidage de fluides dans des culasses de moteurs. [000si Ainsi, à titre d'exemple, le document US 2006/0096567 Al décrit une pièce moulée destinée à un moteur à combustion interne. Cette pièce est un carter moteur, qui présente au moins un conduit de guidage qui dirige un fluide vers un emplacement prédéterminé. Ce conduit de guidage présente la forme d'un tube et est intégré à l'intérieur de la pièce lorsque cette dernière est moulée. Pour réduire la complexité de production et les coûts dudit carter moteur, le fluide est de l'huile et le conduit de guidage présente la forme d'une arrivée d'huile conduisant à un palier de carter moteur et/ou à un palier d'arbre à came qui doivent être lubrifiés. [0009] Le but de la présente invention est de fournir un procédé de réalisation par moulage d'une pièce mécanique comportant des formes complexes et évolutives, dont la mise en oeuvre permette un gain de machine d'usinage, et de temps d'usinage. [0010 Un autre but de la présente invention est de fournir un tel procédé, qui soit de conception et de réalisation simple, et qui puisse s'appliquer à une grande diversité de pièces moulées, en particulier à tous les modèles de culasses de moteur de véhicules. [0011] Pour parvenir à ces buts, la présente invention a pour objet un procédé de réalisation par moulage d'une pièce mécanique comportant des formes complexes et évolutives, notamment d'une culasse de moteur de véhicule, et ce procédé nouveau comporte les étapes successives suivantes, prises en combinaison : • on définit un découpage par strates, planes ou gauches, de la forme de la pièce mécanique à réaliser à partir des fonctions de ladite pièce, des sollicitations correspondantes et des contraintes de démoulage, • on réalise, pour chaque strate, un modèle unitaire identique à la partie de pièce à réaliser définie par ladite strate, la matière dudit modèle unitaire étant une matière utilisée pour la réalisation des « moules perdus » dans le procédé de moulage dit « procédé à moule perdu (PMP) », • on reconstitue la forme de la pièce à réaliser dans son intégralité par superposition et assemblage des différents modèles unitaires obtenus, de façon à obtenir un modèle perdu complet identique à la pièce à réaliser, et • on procède enfin, à partir du modèle perdu complet ainsi obtenu, au moulage selon le procédé PMP, de façon à obtenir ladite pièce mécanique à réaliser. [0012] Selon un exemple non limitatif de l'objet et de la portée de la présente invention, ces formes complexes et évolutives de la pièce mécanique à réaliser sont des conduits intérieurs à section évolutive, le découpage en strates étant alors conçu pour permettre la réalisation des conduits intérieurs sans recourir à des usinages, notamment des perçages. [0013] Le moulage de la pièce à réaliser, à partir du modèle perdu complet, comporte les étapes suivantes : • on place le modèle perdu complet dans un bac, • on verse du sable sec sans liant dans l'espace intérieur du bac laissé libre par ledit modèle perdu complet, • on compacte le sable par vibrations, • on procède à la coulée du matériau de la pièce à réaliser, de façon à obtenir une pièce moulée identique audit modèle perdu complet. [0014] De manière préférentielle, l'assemblage des différents modèles unitaires superposés peut être réalisé par collage. [0015] Les modèles unitaires sont avantageusement réalisés en polystyrène expansé. [0016] La pièce mécanique à réaliser peut être une pièce en métal, par exemple une pièce en aluminium. [0017] A titre d'exemple non limitatif de l'objet et de la portée de l'invention, la forme complexe et évolutive est constituée par le conduit de montée d'huile de la culasse d'un moteur de véhicule automobile. [0018] En variante, la présente invention a également pour objet un procédé de réalisation par moulage d'une pluralité de pièces mécaniques comportant, chacune, des formes complexes et évolutives, notamment de culasses de moteurs de véhicules, identiques ou différentes, et ce procédé comporte les étapes successives suivantes, prises en combinaison : • on définit un découpage par strates, planes ou gauches, de la forme de chaque pièce mécanique à réaliser à partir des fonctions desdites pièces, des sollicitations correspondantes et des contraintes de démoulage, • on réalise, pour chaque strate de chaque pièce, un modèle unitaire identique à la partie de pièce à réaliser définie par ladite strate, la matière dudit modèle unitaire étant une matière utilisée pour la réalisation des moules perdus dans le procédé de moulage dit « procédé à moule perdu (PMP) », • on reconstitue la forme « en grappe » de la pluralité de pièces à réaliser dans son intégralité par superposition et assemblage des différents modèles unitaires obtenus, de façon à obtenir un modèle « perdu » complet identique à la superposition des pièces à réaliser, • on procède, à partir du modèle perdu complet ainsi obtenu, au moulage selon le procédé PMP, de façon à obtenir la grappe des pièces à réaliser, et ^ on sépare les pièces ainsi réalisées en grappe pour obtenir les différentes pièces mécaniques. [0019] Enfin, la présente invention a pour objet une culasse de moteur de véhicule, en particulier une culasse de moteur de véhicule automobile, qui est obtenue selon un procédé conforme à l'un des procédés décrits ci-dessus. [0020] D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'exemples de réalisation, non limitatifs de l'objet et de la portée de la présente demande de brevet, accompagnée de dessins dans lesquels : • la figure 1 est une vue en coupe, schématique, partielle, d'une culasse de moteur de véhicule automobile, qui illustre le principe de découpage par strates selon la présente invention, • la figure 2 est une vue agrandie d'une strate de la partie de culasse de la figure 1, et • la figure 3 est une vue en perspective, très schématique, du modèle en polystyrène selon l'invention destiné au moulage de la culasse selon le procédé de l'invention. [0021] En référence au dessin de la figure 1, on a représenté une partie d'une culasse référencée 1 d'un moteur de véhicule automobile. La culasse comprend un conduit interne d'huile dit « montée d'huile », de référence générale 10, dont une partie principale est d'axe XX' sensiblement incliné par rapport à la verticale. [0022] Selon le principe de l'invention, la culasse 1 est réalisée selon le procédé décrit ci-après. [0023] On définit un découpage approprié par strates de la culasse 1 qui permet d'obtenir des formes complexes et très proches de la forme fonctionnelle 20 de la montée d'huile, représentée en traits interrompus courts. A titre d'exemple de découpage, les strates résultantes sont désignées par les références S1 à S5, ou encore Si de manière générique dans la suite du texte. Elles confèrent à la montée d'huile 10 une forme en cascade résultant de l'adjonction des formes unitaires creuses référencées 12, 13, 14 et 15, ménagées dans les différentes strates. [0024] II importe de noter que les strates peuvent être définies par des séparations non planes, d'inclinaisons variées. [0025] Ce découpage judicieux de la forme de la culasse est effectué en fonction de l'architecture de cette dernière, des sollicitations mécaniques auxquelles elle est soumise et des contraintes de démoulage, comme évoqué plus loin dans le texte. Il en est ainsi de la forme en cascade donnée à la montée d'huile, qui résulte du souhait de ne pas recourir à des éléments ou « plugs », fixes ou mobiles, dans la reproduction des formes complexes creuses. [0026] La figure 2 une vue agrandie de la strate S4. Le tronçon de montée d'huile 14 présente, comme montré sur cette figure 2, une forme en cascade favorisant le démoulage. Les flèches « d » illustrent le sens de démoulage des strates supérieure et inférieure à la strate S4, à savoir les strates S3 et S5. La section supérieure et la section inférieure du tronçon 14 forment des zones de jonction commune avec les strates adjacentes, à savoir la strate supérieure S3 et la strate inférieure S5. [0027] Pour chaque strate Si ainsi définie, on réalise un modèle unitaire en polystyrène, désigné M;, identique à la partie de culasse définie par ladite strate Si. [0028] Ensuite, on reconstitue la forme de la culasse, dans son intégralité, par superposition et assemblage (voir figure 3), par collage par exemple, des différents modèles unitaires obtenus, de façon à obtenir un modèle complet, désigné « M », en polystyrène identique à la culasse. [0029] On procède enfin, à partir du modèle complet M ainsi obtenu, au moulage selon le procédé « à moule perdu », de façon à obtenir la culasse. [0030] Ce procédé à moule perdu, connu en soi, comporte les étapes suivantes : ^ on place le moule, c'est-à-dire le modèle complet M dans un bac, • on verse du sable sec sans liant dans l'espace intérieur du bac laissé libre par ledit modèle complet M, • on compacte le sable par vibrations, • on procède à la coulée du métal constitutif de la culasse, par exemple de l'aluminium, de façon à obtenir une culasse totalement identique au modèle complet. Au cours de la coulée, le métal, l'aluminium par exemple, se sublime au polystyrène du modèle perdu M. [0031] En variante, plusieurs culasses, identiques ou différentes, peuvent être réalisées selon le procédé suivant : on définit, comme dans l'exemple précédent, un découpage par strates, planes ou gauches, de la forme de chaque culasse en tenant compte des mêmes contraintes que celles déjà évoquées dans l'exemple précédent, • on réalise, pour chaque strate de chaque culasse, un modèle unitaire en polystyrène identique à la culasse définie par ladite strate, on reconstitue la forme « en grappe » de la pluralité de culasses dans son intégralité par superposition et assemblage, de préférence par collage, des différents modèles unitaires en polystyrène obtenus, de façon à obtenir un modèle « perdu » complet en polystyrène identique à la superposition des culasse, on procède, à partir du modèle complet en polystyrène ainsi obtenu, au moulage selon un procédé à moule perdu, de façon à obtenir la grappe des pièces à réaliser, et • on sépare les culasses en grappe pour obtenir les différentes culasses individuelles. [0032] Le procédé de l'invention, quelque soit la variante de réalisation, présente de nombreux avantages, parmi lesquels les avantages suivants : ^ il est économique, du fait des gains réalisés en machines et en temps d'usinage, et permet, en conséquence, un prix de revient moins élevé de la culasse de moteur réalisée selon le procédé, • il s'applique à une grande diversité de pièces moulées, en particulier à tous les modèles de culasses de moteur de véhicules réalisées par moulage. [0033] Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés ci-dessus à titre d'exemples ; d'autres modes de réalisation peuvent être conçus par l'homme de métier sans sortir du cadre et de la portée de la présente invention. REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation par moulage d'une pièce mécanique (1) comportant des formes complexes et évolutives (10), notamment d'une culasse de moteur de véhicule, caractérisé par les étapes successives suivantes : - on définit un découpage par strates (Si), planes ou gauches, de la forme de la pièce mécanique (1) à réaliser à partir des fonctions de ladite pièce (1), des sollicitations correspondantes et des contraintes de démoulage, - on réalise, pour chaque strate (Si), un modèle unitaire (M;) identique à la partie de pièce à réaliser (1) définie par ladite strate (Si), la matière dudit modèle unitaire (M;) étant une matière utilisée pour la réalisation des moules « perdus » dans un procédé de moulage dit « procédé à moule perdu (PMP) », - on reconstitue la forme de la pièce à réaliser (1) dans son intégralité par superposition et assemblage des différents modèles unitaires (M;) obtenus, de façon à obtenir un modèle complet (M) identique à la pièce à réaliser (1), et - on procède enfin, à partir du modèle complet (M) ainsi obtenu, au moulage selon un procédé à moule perdu, de façon à obtenir ladite pièce mécanique (1) à réaliser. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites formes complexes et évolutives sont des conduits intérieurs à section évolutive, et en ce que le découpage en strates est conçu pour permettre la réalisation desdits conduits intérieurs sans recourir à des usinages, notamment des perçages. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moulage selon un procédé à moule perdu à partir du modèle complet (M) comporte les étapes suivantes : - on place le modèle complet (M) dans un bac, - on verse du sable sec sans liant dans l'espace intérieur du bac laissé libre par ledit modèle complet (M), 9- on compacte le sable par vibrations, - on procède à la coulée du matériau de la pièce à réaliser, de façon à obtenir une pièce mécanique (1) moulée identique audit modèle complet (M). 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'assemblage des différents modèles unitaires (M;) superposés est réalisé par collage. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les modèles unitaires (M;) sont réalisés en polystyrène expansé. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la pièce mécanique (1) à réaliser est une pièce en métal. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit métal est l'aluminium. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la pièce (1) à réaliser est une culasse de véhicule automobile et la forme complexe et évolutive est constituée par le conduit de montée d'huile (10) de ladite culasse. 9. Procédé de réalisation par moulage d'une pluralité de pièces mécaniques, comportant des formes complexes et évolutives, notamment de culasses de moteurs de véhicules, identiques ou différentes, caractérisé par les étapes successives suivantes : - on définit un découpage par strates, planes ou gauches, de la forme de chaque pièce mécanique à réaliser à partir des fonctions desdites pièces, des sollicitations correspondantes et des contraintes de démoulage, - on réalise, pour chaque strate de chaque pièce, un modèle unitaire identique à la partie de pièce à réaliser définie par ladite strate, la matière dudit modèle unitaire étant une matière utilisée pour la réalisation des modèles « perdus » dans le procédé de moulage dit « procédé à modèle perdu (PMP) », 10- on reconstitue la forme « en grappe » de la pluralité de pièces à réaliser dans son intégralité par superposition et assemblage des différents modèles unitaires obtenus, de façon à obtenir un modèle complet identique à la superposition des pièces à réaliser, - on procède, à partir du modèle perdu complet ainsi obtenu, au moulage selon un procédé à moule perdu, de façon à obtenir la grappe des pièces à réaliser, et - on sépare les pièces ainsi réalisées en grappe pour obtenir les différentes pièces mécaniques. 10. Culasse de moteur de véhicule, en particulier de véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle est obtenue selon un procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.