Brevet FR3008138A1 — publié le 20150109

PIECE METALLIQUE REALISEE PAR MOULAGE COMPRENANT DES EVIDEMENTS INTERNES, PROCEDE DE FABRICATION ET MOTEUR A COMBUSTION INTERNE COMPRENANT UNE TELLE PIECE L'invention concerne les pièces métalliques réalisées par moulage comprenant au moins deux évidements internes. Les pièces métalliques de ce type comportant des évidements internes comprennent par exemple des culasses de moteur à combustion interne, notamment pour véhicule automobile. Un moteur à combustion interne comprend classiquement une culasse montée sur un carter-cylindre, ces deux parties étant refroidies et lubrifiées par des circulations de liquide de refroidissement et d'huile, respectivement. En général, le liquide de refroidissement circule dans le carter cylindre, alimente la culasse et ressort du moteur. A cet effet, la culasse et le carter cylindre comprennent chacun une chambre (ou évidement) interne, appelée habituellement noyau d'eau, pour la circulation du liquide de refroidissement, ces noyaux d'eau communiquant entre eux. Dans certains moteurs, pour améliorer les performances du moteur, le liquide de refroidissement circule séparément dans la culasse et le carter-cylindre : les noyaux d'eau de la culasse et du carter cylindre ne doivent alors pas communiquer entre eux. Pour réaliser des pièces métalliques comprenant des évidements internes, on fabrique un moule en sable comprenant une partie inférieure, une partie supérieure et un ou plusieurs noyaux, chaque noyau étant un positif d'un évidement interne. Ce moule en sable peut être réalisé par moulage en boîte froide, par moulage en boîte chaude ou encore par le procédé dit « Croning ». Les noyaux obtenus par le procédé Croning sont plus rigides et donc plus difficiles à détruire, ce qui augmente le coût de réalisation d'une pièce. On privilégie ainsi généralement les procédés de moulage en boîte froide ou chaude pour réduire les coûts. Toutefois, ces derniers procédés produisent des noyaux présentant une raideur limitée. Lors de la réalisation d'une pièce comprenant plusieurs évidements internes, il peut alors arriver que le noyau inférieur remonte lors de la coulée du métal. Afin d'éviter cette remontée, on autorise des surfaces de contact entre les deux noyaux, de sorte que le noyau d'eau supérieur empêche le noyau d'eau inférieur de remonter. Ces surfaces de contact entre les noyaux créent des orifices internes entre les évidements internes de la pièce finie : il n'y a pas d'étanchéité au fluide entre ces évidements. Afin d'assurer l'étanchéité entre les évidements obtenus, une solution consiste à obturer les orifices existants entre les évidements en positionnant un obturateur dans chaque orifice interne, cet obturateur étant par exemple fixé par vissage ou fretté. Cette solution nécessite toutefois le passage d'un outil, ce qui peut s'avérer difficile, voire impossible, selon la configuration de la pièce. En outre, les obturateurs utilisés exercent des contraintes sur la paroi séparant les évidements internes, contraintes qui peuvent conduire à la formation de fissures et à une rupture de cette paroi. Enfin, il existe un risque de perdre l'obturateur à l'intérieur de la pièce métallique. Il existe donc un besoin pour la réalisation à moindre coût de pièces métalliques comprenant des évidements internes, dans lesquelles une communication de fluide entre les évidements internes résultant de la fabrication de la pièce est rendue nulle ou quasiment nulle sans exercer de contrainte sur les parois séparant les évidements internes. A cet effet, l'objet de l'invention concerne une pièce métallique comprenant une paroi externe délimitant au moins deux évidements internes séparés par une paroi interne, ladite pièce métallique comprenant en outre : au moins un orifice interne traversant ladite paroi interne et reliant lesdits évidements et, un orifice externe associé à chaque orifice interne et traversant ladite paroi externe, les axes respectifs de l'orifice interne et de l'orifice externe associé étant confondus, un obturateur associé à chaque couple d'orifices interne et externe et comprenant : - une partie de fixation fixée de manière étanche à l'intérieur de l'orifice externe, - une partie d'ajustement coaxiale avec la partie de fixation et insérée à l'intérieur de l'orifice interne associé audit orifice externe, la partie d'ajustement étant configurée de manière à obturer la plus grande partie de la section de passage dudit orifice interne sans entrer en contact avec une paroi dudit orifice interne. La pièce métallique ainsi obtenue présente l'avantage de comporter une communication de fluide réduite ou nulle entre ses évidements sans pour autant qu'une contrainte soit exercée au niveau de la paroi interne séparant ces évidements grâce à la configuration particulière de l'obturateur, lequel est mis en place via un orifice externe, chaque orifice interne étant accessible via l'orifice externe associé. En particulier, la partie de fixation de l'obturateur est fixée de manière étanche à l'intérieur de l'orifice externe. Avantageusement, la partie de fixation est configurée pour loger avec serrage à l'intérieur de l'orifice externe, sans jeu entre la partie de fixation et l'orifice externe. Cette absence de jeu assure l'étanchéité entre l'évidement et l'extérieur de la pièce métallique et peut être obtenue par un frettage entre la partie de fixation et l'orifice externe ou encore par une liaison vissée ou par un enduit d'étanchéité. En variante, la fixation avec étanchéité peut être obtenue par tout autre moyen, tel que la présence d'un joint. La partie d'ajustement de l'obturateur est quant à elle coaxiale avec la partie de fixation et insérée à l'intérieur de l'orifice interne associé audit orifice externe. Elle est en outre configurée de manière à obturer la plus grande partie de la section de passage dudit orifice interne sans entrer en contact avec ledit orifice interne. Autrement dit, ses dimensions et sa forme sont choisies de manière à obturer le maximum de la section de passage de l'orifice interne sans entrer en contact avec cet orifice interne. Le jeu, perpendiculairement à l'axe de l'orifice interne, entre la partie d'ajustement de l'obturateur et l'orifice interne est ainsi toujours positif, la dimension minimale de l'orifice interne étant plus grand que la dimension maximale de la partie d'ajustement de l'obturateur. Ce type d'assemblage est parfois appelé ajustement glissant. Avantageusement et de manière non limitative, la partie d'ajustement de l'obturateur est conformée de sorte qu'un jeu, mesuré perpendiculairement à l'axe de l'orifice interne, existe entre la partie d'ajustement et l'orifice interne, ce jeu pouvant être compris entre un jeu minimum et un jeu maximum, le jeu minimum étant défini de sorte que la partie d'ajustement n'entre pas en contact avec l'orifice interne, le jeu maximum résultant des dispersions de fabrication. Notamment, le jeu maximum est la résultante des dispersions de positionnement et concentricité des outils utilisés pour réaliser les orifices de la pièce métallique et de la dispersion de fabrication de l'obturateur. Le jeu maximal définit ainsi une section de passage libre entre la partie d'ajustement de l'obturateur et l'orifice interne, à savoir une perte de charge lorsqu'un fluide circule dans les évidements et, au final, un débit de fuite. Si ce débit de fuite est trop important par rapport à un débit de fuite autorisé maximal pour l'application envisagée, il est possible de réduire ce débit de fuite soit en réduisant le nombre d'orifices internes autant que possible en fonction des contraintes de fabrication des évidements, soit en réduisant les dispersions de fabrication, autrement dit les dispersions de positionnement et concentricité des outils utilisés pour réaliser les orifices de la pièce métallique et pour réaliser l'obturateur. Ces dispersions peuvent être calculées par les techniques usuelles connues de l'homme du métier. A titre d'exemple pour une pièce métallique de type culasse de moteur à combustion interne, le débit maximum de fluide qui peut être autorisé entre les deux évidements est par exemple inférieur à 5% du débit total de fluide, de préférence inférieur à 1% du débit total de fluide. Avantageusement et de manière non limitative, pour des raisons de simplicité et d'efficacité de l'obturation, la partie d'ajustement de l'obturateur et l'orifice interne peuvent présenter chacun une forme cylindrique. De manière similaire, la partie de fixation de l'obturateur et l'orifice externe peuvent présenter chacun une forme cylindrique. Notamment, la partie de fixation de l'obturateur peut présenter une forme cylindrique de diamètre supérieur à une forme cylindrique de la partie d'ajustement. L'obturateur peut alors être formé de manière simple de deux parties cylindriques de diamètres différents, par exemple de deux cylindres pleins. Avantageusement et de manière non limitative, l'orifice externe peut présenter un épaulement à son extrémité adjacente à un évidement, épaulement contre lequel est en appui la partie de fixation de l'obturateur parallèlement à l'axe de l'orifice externe. Autrement dit, l'orifice externe présente une section réduite du côté de son extrémité adjacente à un évidement. Ceci permet d'éviter que l'obturateur ne tombe à l'intérieur de l'évidement. Avantageusement et de manière non limitative, la pièce métallique peut comprendre au moins deux ou au moins trois orifices internes traversant une paroi interne séparant deux évidements. En particulier, le nombre minimum d'orifices peut être choisi de manière à assurer un bon déroulement du moulage en boîte froide ou chaude de la pièce métallique, à savoir éviter un déplacement relatif des noyaux du moule en cours de moulage. Le nombre maximum d'orifices peut être choisi de manière à ne pas dépasser un débit de fluide maximal autorisé entre les évidements de la pièce métallique finie, débit maximal déterminé en fonction de l'application envisagée. La pièce métallique selon l'invention peut être plus particulièrement une culasse de moteur à combustion interne, par exemple en aluminium. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une pièce métallique comprenant une paroi externe délimitant au moins deux évidements internes séparés par une paroi interne, comprenant les étapes suivantes : (i) réaliser un moule en sable comprenant au moins deux noyaux, deux noyaux adjacents étant reliés par au moins un plot de liaison qui formera un orifice interne entre les évidements de la pièce métallique finie ; (ii) injecter le métal fondu à l'intérieur du moule en sable, (iii) après refroidissement du métal, éliminer le moule en sable et extraire les noyaux en sable des évidements, (iv) réaliser au moins un orifice externe dans la paroi externe d'axe confondu avec l'axe d'un orifice interne laissé par le plot, cet orifice externe étant obtenu en réalisant de manière adaptée le moule de l'étape (i) et/ou étant obtenu par usinage, (y) insérer à l'intérieur de l'orifice externe un obturateur comprenant une partie de fixation et une partie d'ajustement coaxiale avec la partie de fixation, la partie d'ajustement étant configurée de manière à obturer la plus grande partie de la section de passage dudit orifice interne sans entrer en contact avec une paroi dudit orifice interne ; (vi) fixer la partie de fixation de manière étanche à l'intérieur de l'orifice externe, la partie d'ajustement étant insérée à l'intérieur de l'orifice interne associé audit orifice externe, sans entrer en contact avec une paroi dudit orifice interne. Notamment, à l'étape (i) de réalisation du moule, un procédé par moulage en boîte froide ou en boîte chaude peut être utilisé, ce qui permettra de faciliter l'extraction du moule à l'étape (iii). Ce procédé est notamment destiné à la fabrication de la pièce métallique selon l'invention et notamment adapté à la fabrication d'une culasse de moteur à combustion interne. L'invention concerne ainsi également un moteur à combustion interne comprenant une pièce métallique, notamment une culasse, selon l'invention ou obtenue par le procédé selon l'invention. L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'une pièce métallique selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est un agrandissement de la vue en coupe de la figure 1; - la figure 3 est une représentation partielle en perspective des noyaux d'un moule utilisé pour réaliser une pièce métallique selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 1 représente schématiquement une pièce métallique 10 comprenant une paroi externe 12 délimitant au moins deux évidements internes 14, 16 séparés par une paroi interne 18. La pièce métallique 10 comprenant en outre : au moins un orifice interne 20 traversant la paroi interne 18 et reliant les évidements 14, 16 et, un orifice externe 22 associé à chaque orifice interne 20 et traversant la paroi externe 12, les axes 20a, 22a respectivement de l'orifice interne 20 et de l'orifice externe 22 associé étant confondus. Chaque orifice interne 20 est ainsi accessible via l'orifice externe 22 associé. La pièce métallique 10 comprend également un obturateur 24, représenté uniquement figure 2, associé à chaque couple d'orifices interne 20 et externe 22 et comprenant : - une partie de fixation 24a fixée de manière étanche à l'intérieur de l'orifice externe 22, - une partie d'ajustement 24b coaxiale avec la partie de fixation 24a et insérée à l'intérieur de l'orifice interne 20 associé à l'orifice externe 22. Cette partie d'ajustement 24b est configurée de manière à obturer la plus grande partie de la section de passage dudit orifice interne 20 sans entrer en contact avec une paroi 20b dudit orifice interne 20. Ainsi, on observe en permanence un jeu J entre la partie d'ajustement 24b et l'orifice interne 20, perpendiculairement à l'axe 20a de l'orifice interne 20 (figure 2). Pour une pièce métallique réalisée en aluminium par moulage en boîte froide ou chaude, le jeu J peut être de l'ordre de 40 à 100 gm. La section de passage est définie comme la surface perpendiculaire à l'axe 20a de l'orifice interne 20. La partie d'ajustement 24b est ainsi configurée de manière à obturer au maximum cette section de passage sans entrer en contact avec la paroi 20b de l'orifice. Notamment, la partie d'ajustement 24b est suffisamment longue pour obturer l'orifice interne 20 sur toute sa longueur (mesurée parallèlement à son axe 20a). Dans le mode de réalisation représenté, les orifices internes 20 et externes 22 sont cylindriques et l'obturateur 24 est constitué d'une partie supérieure formant la partie de fixation 24a en forme de cylindre creux et d'une partie inférieure formant la partie d'ajustement 24b en forme de cylindre plein de diamètre inférieur à la partie de fixation 24a. L'orifice externe 22 comprend en outre un épaulement 23 à son extrémité adjacente à l'évidement 14, épaulement 23 contre lequel est en appui la partie de fixation 24a de l'obturateur 24 parallèlement à l'axe 20a. De manière générale, l'obturateur 24 est en métal, par exemple en acier, de préférence en acier inoxydable, ou tout autre métal ou alliage adapté pour l'application envisagée. La partie de fixation 24a de l'exemple représenté est configurée pour être frettée à l'intérieur de l'orifice externe 22. Lorsque l'obturateur est fixé via sa partie de fixation 24a à la paroi externe 12, sa partie d'ajustement 24b est insérée à l'intérieur de l'orifice interne 20, de préférence sur toute la longueur de ce dernier suivant son axe 20a, comme dans l'exemple représenté sur la figure 2. En variante, la partie de fixation 24a pourrait être formée d'un cylindre plein. En outre, la fixation peut être obtenue par tout autre moyen habituellement utilisé (vissage ou autre). La pièce métallique 10 décrite ci-dessus peut être obtenue par un procédé de fabrication comprenant les étapes décrites ci-après. Au cours d'une première étape (i), on réalise un moule en sable 30 comprenant au moins deux noyaux 32, 34, deux noyaux adjacents étant reliés par au moins un plot 36 de liaison qui formera un orifice interne entre les évidements de la pièce métallique finie. La figure 3 ne représente que les noyaux 32 et 34 de ce moule en sable 30, noyaux reliés par deux plots 36. Les noyaux 32 et 34 formeront après moulage les évidements 14 et 16 de la pièce métallique 10 respectivement. Le métal fondu est ensuite injecté à l'intérieur du moule 30 en sable lors d'une deuxième étape (ii). Au cours d'une étape (iii), après refroidissement du métal, on élimine le moule en sable 30 et on extrait les noyaux en sable 32, 34 des évidements formés, Lors d'une étape (iv), on réalise ensuite au moins un orifice externe 22 dans la paroi externe 12, d'axe 22a confondu avec l'axe 20a d'un orifice interne 20 laissé par un plot 36, cet orifice externe 22 étant obtenu en réalisant de manière adaptée le moule de l'étape (i) et/ou étant obtenu par usinage (le positionnement de l'orifice externe étant par exemple déterminé par une chaîne de cotes). Au cours d'une étape (y), on insère à l'intérieur de l'orifice externe 22 un obturateur 24 comprenant une partie de fixation 24a et une partie d'ajustement 24b coaxiale avec la partie de fixation, la partie d'ajustement étant configurée de manière à obturer la plus grande partie de la section de passage dudit orifice interne sans entrer en contact avec la paroi 20b dudit orifice interne 20. Enfin, au cours de l'étape (vi), on fixe la partie de fixation 20a de manière étanche à l'intérieur de l'orifice externe 22, la partie d'ajustement 24b étant insérée à l'intérieur de l'orifice interne 20 associé audit orifice externe, sans entrer en contact avec la paroi 20b dudit orifice interne 20. Une pièce métallique présentant des évidements dont les orifices internes sont quasiment obturés peut ainsi être réalisée par un procédé peu coûteux, tel que le moulage en boîte à froid ou en boîte à chaud, l'obturation n'appliquant aucune contrainte mécanique préjudiciable à la tenue de la paroi interne séparant les évidements. REVENDICATIONS1. Pièce métallique (10) comprenant une paroi externe (22) délimitant au moins deux évidements internes (14, 16) séparés par une paroi interne (18), ladite pièce métallique comprenant en outre : au moins un orifice interne (20) traversant ladite paroi interne (18) et reliant lesdits évidements (14, 16), un orifice externe (22) associé à chaque orifice interne (20) et traversant ladite paroi externe (12), les axes respectifs (20a, 22a) de l'orifice interne (20) et de l'orifice externe (22) associé étant confondus, un obturateur (24) associé à chaque couple d'orifices interne (20) et externe (20) et comprenant : - une partie de fixation (24a) fixée de manière étanche à l'intérieur de l'orifice externe (22), - une partie d'ajustement (24b) coaxiale avec la partie de fixation (20a) et insérée à l'intérieur de l'orifice interne (20) associé audit orifice externe (22), la partie d'ajustement (24b) étant configurée de manière à obturer la plus grande partie de la section de passage dudit orifice interne (20) sans entrer en contact avec une paroi (20b) dudit orifice interne (20). 2. Pièce métallique (20) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie d'ajustement (24b) de l'obturateur est conformée de sorte qu'un jeu (J), mesuré perpendiculairement à l'axe (20a) de l'orifice interne (20), existe entre la partie d'ajustement (24b) et l'orifice interne (20), ce jeu (J) étant compris entre un jeu minimum et un jeu maximum, le jeu minimum étant défini de sorte que la partie d'ajustement n'entre pas en contact avec l'orifice interne, le jeu maximum résultant des dispersions de fabrication. 3. Pièce métallique (10) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la partie d'ajustement (24b) de l'obturateur et l'orifice interne (20) présentent chacun une forme cylindrique. 4. Pièce métallique (10) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la partie de fixation (24a) de l'obturateur et l'orifice externe (22) présentent chacun une forme cylindrique. 5. Pièce métallique (10) selon la revendication 4, caractérisée en ce que la partie de fixation (24a) de l'obturateur présente une formecylindrique de diamètre supérieur à une forme cylindrique de la partie d'ajustement (24b). 6. Pièce métallique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'orifice externe (22) présente un épaulement (23) à son extrémité adjacente à un évidement (14), épaulement (23) contre lequel est en appui la partie de fixation (24a) de l'obturateur parallèlement à l'axe (20a) de l'orifice externe (20). 7. Pièce métallique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux ou au moins trois orifices internes (20) traversant une paroi interne séparant deux évidements. 8. Pièce métallique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle forme une culasse de moteur à combustion interne. 9. Procédé de fabrication d'une pièce métallique (10) comprenant une paroi externe (12) délimitant au moins deux évidements internes (14, 16) séparés par une paroi interne (18), comprenant les étapes suivantes : (i) réaliser un moule en sable (30) comprenant au moins deux noyaux (32, 34), deux noyaux adjacents (32, 34) étant reliés par au moins un plot de liaison (36) qui formera un orifice interne (20) entre les évidements (14, 16) de la pièce métallique finie; (ii) injecter le métal fondu à l'intérieur du moule en sable (30), (iii) après refroidissement du métal, éliminer le moule en sable (30) et extraire les noyaux en sable (32, 34) des évidements (14, 16), (iv) réaliser au moins un orifice externe (22) dans la paroi externe (12) d'axe (22a) confondu avec l'axe (20a) d'un orifice interne (20) laissé par le plot (36), cet orifice externe (22) étant obtenu en réalisant de manière adaptée le moule de l'étape (i) et/ou étant obtenu par usinage, (y) insérer à l'intérieur de l'orifice externe (22) un obturateur (24) comprenant une partie de fixation (24a) et une partie d'ajustement (24b) coaxiale avec la partie de fixation (24a), la partie d'ajustement (24b) étant configurée de manière à obturer la plus grande partie de la section de passage dudit orifice interne (20) sans entrer en contact avec une paroi (20b) dudit orifice interne (20) ;(vi) fixer la partie de fixation (24a) de manière étanche à l'intérieur de l'orifice externe (22), la partie d'ajustement (24b) étant insérée à l'intérieur de l'orifice interne (20) associé audit orifice externe (22), sans entrer en contact avec une paroi (20b) dudit orifice interne (20). 10. Moteur à combustion interne comprenant une pièce métallique (10), notamment une culasse, selon l'une des revendications 1 à 8 ou obtenue par le procédé de la revendication 9.