Brevet FR2959948A1 — publié le 20111118

Procédé de dimensionnement d'un bossage, de fabrication d'une pièce de fonderie, culasse de moteur thermique. Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à la réalisation des pièces de fonderie usinées et plus particulièrement aux culasses de moteur à combustion interne. Arrière-plan technologique Les culasses de moteur à combustion interne sont habituellement rapportées sur les carter-cylindres à l'aide de vis traversant la culasse au travers de puits et fixées dans le carter-cylindres. Les vis peuvent être à embase ou venir en appui sur la culasse par l'intermédiaire de rondelles. Afin de résister à la compression résultant du serrage, les vis appuient chacune sur une face d'appui plane aménagé dans un bossage de fonderie de la culasse. Pour assurer un bon contact entre la vis et la culasse, la face d'appui est usinée dans le bossage afin d'être plane, sans défaut de fonderie. L'usinage de la face d'appui permet de plus de maîtriser la hauteur entre la face d'appui de la vis et la face en contact avec le carter-cylindres. Il est possible d'usiner en une opération de fraisage, à l'aide d'une fraise adéquate à la fois le puits et la face d'appui. Dans ce cas, la face d'appui est nécessairement bien centrée relativement à l'axe du puits, cependant il s'avère que ce procédé d'usinage ne permet pas de garantir à la face d'appui l'état de surface requis pour le serrage ainsi que son orientation par rapport à la face de la culasse destinée à venir en contact avec le carter-cylindres. Il est alors préférable de réaliser l'usinage en deux fois. La première étape d'usinage est alors de percer le puits, la seconde étape est ensuite de réaliser un fraisage vertical de la face d'appui dans le bossage. Le perçage peut alors être réalisé à grande vitesse, avec un état de finition grossier tandis que la face d'appui est réalisée avec plus de soin ce qui permet de garantir l'état de surface requis pour le serrage, de maitriser l'orientation et la hauteur de la face d'appui par rapport à la face de la culasse destinée à venir en contact avec le carter-cylindres. Cependant, ce procédé d'usinage en deux fois ne garantit pas le centrage de la face d'appui relativement à l'axe du puits, le diamètre de la face d'appui usinée est calculé en fonction de ce désaxage. Pour des raisons de coût et d'encombrement le diamètre de la fraise est sensiblement proche de celui de la face d'appui et un défaut de position entre l'axe d'usinage du puits et l'axe d'usinage de la face d'appui génère une bavure dans le bossage. Certaines de ces bavures sont supprimées lors du nettoyage de la culasse, mais d'autres restes accrochées. Il y a ensuite un risque de détachement des bavures lors du fonctionnement moteur en raison par exemple de vibrations subies par la culasse, de dilatations thermiques, ou encore de la circulation d'huile. Ces bavures peuvent alors se retrouver dans la pompe à huile, et causer une panne. De plus, pour la manutention de la culasse de telles bavures peuvent être responsable de coupures sur les opérateurs. L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients et porte ainsi sur un procédé de dimensionnement d'un bossage d'une pièce de fonderie, ledit bossage étant destiné à être fraisé selon un axe d'usinage prédéterminé pour former une face d'appui dans un plan perpendiculaire au dit axe d'usinage, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : -déterminer un rayon d'outil de fraisage de la face d'appui, -déterminer l'écart maximum de fraisage possible par rapport à l'axe d'usinage, -déterminer une cote de compensation de défaut de fonderie, -déterminer une épaisseur minimum de bavure prise radialement dans le plan de la face d'appui, -dimensionner le bossage selon un rayon critique de bossage, relativement à l'axe d'usinage, à partir de la somme du rayon d'outil de fraisage, de l'écart maximum d'usinage, de la cote de compensation de défaut de fonderie et de l'épaisseur minimum de bavure. Dans une variante, le bossage étant destiné à être percé d'un puits avant d'être fraisé, selon l'axe d'usinage afin de permettre le passage d'un moyen de serrage comprenant une tige et une surface de contact, l'étape de détermination du rayon d'outil de fraisage comprend les étapes consistant à : -déterminer un rayon maximum de surface de contact, -déterminer un jeu entre le rayon maximum du puits et le rayon minimum de la tige, -déterminer l'écart maximum de fraisage possible par rapport à l'axe d'usinage, -déterminer le rayon d'outil de fraisage à partir de la somme du rayon maximum de surface de contact, du jeu déterminé et l'écart maximum d'usinage. L'invention a aussi pour objet un procédé de fabrication d'une pièce de fonderie, comprenant au moins un bossage dimensionné d'après le procédé de dimensionnement de l'invention. De préférence, la pièce de fonderie est en alliage d'aluminium. De préférence, l'épaisseur minimum de bavure est sensiblement égale à 0,4 mm. Dans une variante, la pièce de fonderie est une culasse de moteur à combustion interne. De préférence, le bossage est destiné à être usiné pour recevoir une vis de serrage de la culasse à un carter-cylindre. L'invention a aussi pour objet une culasse de moteur à combustion interne fabriquée selon le procédé de fabrication de l'invention. L'invention a aussi pour objet un moteur à combustion interne comprenant une culasse de l'invention. Brève description des dessins D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : - La figure 1 présente en coupe partielle un assemblage de culasse à un carter-cylindre pour un moteur à combustion interne à l'aide d'une vis de culasse. - La figure 2 est une représentation schématique d'une bavure détachable en raison d'un défaut de position des outils d'usinage par rapport au brut de fonderie. - La figure 3 est une représentation schématique d'une bavure garantie non détachable grâce à l'invention. - La figure 4 est une représentation schématique du fraisage de la face d'appui et des cotes utiles pour dimensionner le bossage. - La figure 5 est une représentation schématique de l'assemblage de la vis dans son puits ainsi que des cotes utiles au dimensionnement de l'outil de fraisage de la face d'appui. Description détaillée La figure 1 présente en coupe partielle une culasse 1 disposée sur un carter-cylindre 2 de moteur à combustion interne. Le carter-cylindre 2 est assemblé à la culasse 1 au moyen de vis 3 de culasse, dont une seule est représentée en figure 1. La vis 3 de culasse comprend une tige 4 présentant au moins une partie filetée 5 qui traverse la culasse 1 au travers d'un puits 6 et est vissée au carter-cylindre 2. La vis 3 de culasse présente aussi classiquement une tête 7 de vis qui peut être une vis à embase et comprend une surface 8 de contact qui appuie sur la culasse 1 au niveau d'une face 9 d'appui. La face d'appui 9 est usinée dans un bossage 10 de la culasse 1 afin d'être plane pour assurer un bon contact entre la vis 3 et la culasse 1 et plus précisément entre la surface 8 de contact et la face d'appui 9 afin de résister à la compression résultant du serrage de la culasse avec le carter-cylindre 2. De préférence, la culasse 1 est fabriquée en alliage d'aluminium. De préférence encore la culasse est fabriquée par fonderie. En sortie de fonderie, la culasse 1 est dite brute et comprend les bossages dans lesquels on viendra ultérieurement effectuer successivement le perçage d'un puits et le fraisage d'une face d'appui. Lors de l'usinage de la face d'appui dans le bossage, en raison des différentes tolérances dimensionnelles ou encore des défauts de position des outils d'usinage par rapport au brut de fonderie, l'usinage peut, comme l'illustre schématiquement la figure 2, générer une bavure 11, c'est à dire ici de la matière résiduelle du bossage accrochée autour de la face d'appui 9, suite à son usinage. Cette bavure, si elle est de faible épaisseur peut se détacher lors d'une opération de nettoyage de la culasse, mais peut aussi rester accrochée pendant le nettoyage et se détacher ultérieurement lors du fonctionnement du moteur et avec le risque d'induire une panne. L'objet de l'invention n'est pas de supprimer les bavures mais de garantir que l'usinage ne génère pas de bavure détachable, c'est-à-dire de bavure qui puisse se détacher lors du fonctionnement moteur sous l'effet par exemple de vibrations, de contraintes thermiques, de la circulation d'huile. Le principe de l'invention est ici de prendre en compte les défauts de position d'usinage du puits et de la face d'appui et les tolérances dimensionnelles pertinentes afin d'optimiser la dimension du bossage de manière à toujours avoir après usinage, une épaisseur minimum, eB, de matière résiduelle de bossage autour de la face d'appui 9 telle que l'on est assuré de son maintien en particulier en fonctionnement moteur. La matière résiduelle forme alors une bavure 12, que l'on qualifiera de non détachable, comme illustré en figure 3. Le dimensionnement du bossage 10 sera mieux compris à l'aide de la figure 4 illustrant en coupe partielle le fraisage de la face d'appui 9 dans le bossage 10 de la culasse 1. Idéalement, il est prévu que le perçage du puits 6 dans la culasse 1, à travers le bossage 10 et le fraisage de la surface d'appui 9 s'effectuent successivement selon un même axe XX d'usinage. La face d'appui 9 est formée dans un plan Z perpendiculaire à l'axe d'usinage XX. Conformément à l'invention, on détermine, relativement à cet axe d'usinage XX un rayon critique, Rc, de bossage. Ce rayon critique, Rc, représente le rayon minimum de matière que doit avoir le bossage 10 autour de l'axe d'usinage XX, ce rayon étant pris en particulier dans le plan Z de la face d'appui 9, afin de garantir la présence d'une bavure non détachable, c'est-à-dire possédant l'épaisseur minimum, eB, garantissant sa tenue mécanique, compte tenu des principaux éléments dimensionnels suivants : - La taille de l'outil 13, qui va réaliser le fraisage de la face d'appui 9 : on détermine ainsi un rayon, RF, d'outil de fraisage de la face d'appui 9. - La tolérance de position entre la culasse 1 et l'usinage : on détermine ainsi un écart maximum, ep, de fraisage possible par rapport à l'axe d'usinage XX. Cet écart maximum, ep, représente la distance maximum possible, entre l'axe d'usinage XX l'axe effectif de fraisage YY. Cet écart maximum, ep, peut être connu à partir de tolérances dimensionnelles. - Les tolérances dimensionnelles de fonderie de la culasse : on détermine ainsi une cote, eD, de compensation de défaut de fonderie. Cette cote de compensation, eD, représente une épaisseur de matière supplémentaire prévue au dimensionnement du bossage 10 destiné à compenser la tolérance minimum de fonderie, autrement dit la taille minimum que peut avoir le bossage. A titre d'exemple, la tolérance dimensionnelle d'une culasse en fonderie, peut être de l'ordre de +/- 1 mm, la tolérance minimum étant de -1 mm, la cote de compensation eD, vaudra donc dans ce cas 1 mm. - Une valeur minimum d'épaisseur de bavure, eB, prise radialement dans le plan de la face d'appui 9, c'est-à-dire au niveau de l'attache de la bavure à la face d'appui 9. Il est apparu que pour une culasse en alliage d'aluminium, la valeur minimum d'épaisseur de bavure, eB à prévoir est sensiblement égale à 0,4 mm. Le bossage est alors dimensionné selon un rayon critique, Rc, relativement à l'axe d'usinage XX, par la relation suivante : Rc = (RF +eP +ep +eB) (1) Afin d'être plus précis, on peut aussi prendre en compte dans la détermination du rayon critique Rc du bossage 10 la tolérance maximum de dimension sur le rayon RF de l'outil 13 de fraisage. En pratique, la tolérance dimensionnelle sur les outils de fraisage étant faible on peut négliger ce terme. 10 La figure 5 permet maintenant d'illustrer l'étape de détermination du rayon, RF, de l'outil 13 de fraisage. Le bossage 10 étant destiné à être percé d'un puits 6 préalablement au fraisage de la face d'appui 9, selon l'axe d'usinage XX prédéterminé, on détermine le rayon RF de l'outil de fraisage à partir des éléments dimensionnels suivants : 15 - Un rayon maximum Rvmax de la surface de contact 8 de la tête 7 de vis. Par rayon maximum on entend le rayon résultant de la cote nominale de la tête 7 de vis augmentée de la tolérance maximum. Dans le cas où le maintien se fait par l'intermédiaire d'une rondelle, le rayon maximum Rvmax correspond au rayon maximum de la rondelle, c'est-à- 20 dire à sa cote nominale plus sa tolérance maximum. - Un jeu A déterminé par la différence entre le rayon maximum du puits 6, Rpmax, c'est-à-dire la cote nominale du puits 6 augmenté de sa tolérance dimensionnelle maximum et le rayon minimum RTmin de la tige 4, c'est-à-dire la cote nominale de la tige 4 diminuée de la 25 sa tolérance dimensionnelle minimum. - L'écart maximum, ep, de fraisage possible par rapport à l'axe d'usinage XX. Le rayon RF de l'outil de fraisage est alors déterminé par la relation suivante : 30 RF = (Rvmax + A + eP) (2) Cette valeur de rayon représente une dimension minimum. Pour des raisons économiques, le rayon RF de l'outil de fraisage peut être arrondi à un rayon 35 immédiatement supérieur correspondant à un outil de fraisage standard.5 Ainsi, on peut fabriquer une culasse de moteur à combustion interne par fonderie, dont les bossages de vis de culasse sont assurés d'avoir une dimension suffisante, sur la base du critère dimensionnel représenté par le rayon critique Rc, pour être assuré de ne pas avoir après usinage des faces d'appui 9 de bavures détachables. L'invention a pour avantages de garantir de toujours avoir, au niveau des bossages, après usinage, des bavures non détachables, ce qui permet de s'affranchir à ces endroits de l'usage d'un moyen de lavage haute-pression et/ou d'un contrôle visuel. De plus, dans le cas d'une culasse de moteur à combustion interne, l'invention supprime le risque d'endommagement de la pompe à huile par des bavures détachables. Enfin, l'usinage de la face d'appui permet de maitriser la hauteur entre la face d'appui de la vis et la face en contact avec le carter-cylindres et par voie de conséquence de maitriser l'allongement de la vis au serrage et d'être sûr de rester dans le domaine élastique. L'invention n'est pas limitée aux usinages des appuis des vis qui fixent la culasse au carter-cylindres et se prête aux usinages de pièces de fonderie pouvant générer des bavures dont le détachement peut induire un risque d'endommagement. REVENDICATIONS1. Procédé de dimensionnement d'un bossage d'une pièce de fonderie, ledit bossage étant destiné à être fraisé selon un axe (XX) d'usinage prédéterminé pour former une face d'appui (9) dans un plan (Z) perpendiculaire au dit axe d'usinage, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : déterminer un rayon (RF) d'outil de fraisage de la face d'appui (9), déterminer l'écart maximum (ep) de fraisage possible par rapport à l'axe d'usinage (XX), déterminer une cote (eD) de compensation de défaut de fonderie, déterminer une épaisseur minimum (eB) de bavure prise radialement dans le plan (Z) de la face d'appui (9), dimensionner le bossage selon un rayon critique (Rc) de bossage (10), relativement à l'axe d'usinage (XX), à partir de la somme du rayon (RF) d'outil de fraisage, de l'écart maximum (ep) d'usinage, de la cote (eD) de compensation de défaut de fonderie et de l'épaisseur minimum (eB) de bavure. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bossage (10) étant destiné à être percé d'un puits (6) avant d'être fraisé, selon l'axe d'usinage (XX) afin de permettre le passage d'un moyen de serrage comprenant une tige (4) et une surface de contact (8), l'étape de détermination du rayon (RF) d'outil de fraisage (13) comprend les étapes consistant à : déterminer un rayon maximum (Rvmax) de surface de contact (8), déterminer un jeu (A) entre le rayon maximum (Rpmax) du puits (6) et le rayon minimum (RTmin) de la tige (4), déterminer l'écart maximum (ep) de fraisage possible par rapport à l'axe d'usinage (XX), déterminer le rayon (RF) d'outil de fraisage (13) à partir de la somme du rayon maximum (Rvmax) de surface de contact, du jeu (A) déterminé et l'écart maximum (ep) d'usinage. 3. Procédé de fabrication d'une pièce de fonderie, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un bossage dimensionné d'après le procédé de la revendication 1 ou de la revendication 2. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pièce de fonderie est en alliage d'aluminium. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'épaisseur minimum (eB) de bavure est sensiblement égale à 0,4 mm. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la pièce de fonderie est une culasse de moteur à combustion interne. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le bossage est destiné à être usiné pour recevoir une vis de serrage de la culasse à un carter-cylindre. 8. Culasse de moteur à combustion interne caractérisée en ce qu'elle est fabriquée selon le procédé de la revendication 6 ou la revendication 7. 9. Moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comprend une culasse selon la revendication 8.