Brevet FR3080052A1 — publié le 20191018

PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UNE PIÈCE DE FONDERIE SOUS PRESSION [1] L'invention concerne de manière générale le domaine de la fonderie sous pression. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce de fonderie sous pression. La présente invention trouve une application particulière dans le moulage sous pression de pièces en aluminium telles qu'un carter cylindres de moteur thermique. [2] Le moulage sous pression d'une pièce requiert un système d'alimentation, ou de coulée, du métal en fusion qui permette de remplir toutes les zones de la pièce, d'évacuer 10 l'air de l'empreinte du moule et de transmettre une surpression à des zones massives ou délicates de la pièce. [3] Le système de coulée associé à une pièce de fonderie comporte différents types d'éléments, à savoir, le bras de coulée, l'attaque de coulée, les talons de lavage et les tirages d'air, qui sont ensuite détachés du produit final. La Fig.1 montre, à titre d'exemple, 15 un carter cylindres en aluminium 1 de moteur thermique qui est muni de différents éléments du système de coulée, comme le bras de coulée 10, l'attaque de coulée 11 et les talons de lavage 12. Les tirages d'air ne sont pas représentés à la Fig.1. [4] De manière classique, la fabrication d'une pièce de fonderie sous pression, par exemple en aluminium, se déroule en trois phases principales. Dans la première phase, le 20 piston d'injection pousse lentement le métal d'aluminium jusqu'à l'attaque de coulée qui correspond à l'entrée de l'empreinte de la pièce dans le moule. La deuxième phase correspond au remplissage complet du moule avec le métal d'aluminium. La troisième phase correspond à l'application d'une surpression sur le métal d'aluminium qui est en cours de solidification afin de le comprimer et d'augmenter la compacité de la pièce. 25 [005] La troisième phase d'injection dans le moule est réalisée lorsque le métal d'aluminium est encore pâteux et doit permettre d'éviter des défauts de fonderie, tels que des défauts de retassure, en limitant les phénomènes de retrait dans la pièce par la compression du métal d'aluminium dans le moule. Le défaut de retassure se caractérise par une cavité interne, de forme déchiquetée et rugueuse, et est généré par un déséquilibre 30 thermique qui provoque un retrait volumique mal compensé du métal d'aluminium. Le défaut de retassure peut apparaître dans des pièces ayant des zones plus minces que d'autres. 2 Les zones plus minces se solidifient plus rapidement et peuvent empêcher, pendant la troisième phase, une compression efficace du métal d'aluminium dans des zones massives. [6] Dans l'état de la technique, pour palier à l'apparition d'un défaut de retassure, il est utilisé un piston de surpression locale, dit en anglais « squeeze pin » par l'homme du métier, 5 qui est positionné dans une zone précise pour y exercer une pression supplémentaire lorsque le métal est en phase pâteuse. Cette technique du « squeeze pin » est coûteuse et est particulièrement difficile à mettre en place dans les parties de la pièce qui sont proches de l'attaque de coulée. [7] Il est souhaitable d'apporter une solution aux inconvénients susmentionnés de l'état 10 de la technique en fournissant une technique économique et de mise en oeuvre aisée pour prévenir l'apparition d'un défaut de retassure dans une pièce de fonderie, notamment dans les parties massives de la pièce proches de l'attaque de coulée. [8] Selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce de fonderie sous pression, la pièce de fonderie ayant un système de coulée associé 15 comportant une attaque de coulée et un bras de coulée, et la pièce de fonderie comprenant au moins une zone massive susceptible de présenter un défaut de retassure. Conformément à l'invention, le procédé comprend l'intégration d'au moins un réchauffeur au plus près de la zone massive dans une partie terminale du bras de coulée jointive à l'attaque de coulée, le réchauffeur étant formé d'un élargissement localisé de la section du bras de coulée. 20 [009] Selon une caractéristique particulière, l'élargissement localisé comprend deux portions d'élargissement qui sont agencées en regard sur des faces opposées de la partie terminale du bras de coulée. [0010] Selon une autre caractéristique particulière, l'élargissement localisé représente entre 10% et 30% de la section du bras de coulée. 25 [0011] Selon d'autres aspects, l'invention concerne aussi une pièce de fonderie sous pression fabriquée par la mise en oeuvre du procédé tel que décrit brièvement ci-dessus, notamment un carter cylindres de moteur thermique en aluminium. [0012] D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-dessous d'un mode de réalisation particulier de 30 l'invention en référence aux dessins annexés, dans lesquels : 3 la Fig.1 est une vue en perspective montrant une pièce de fonderie et son système de coulée associé ; la Fig.2 est une vue plane partielle d'un carter cylindres de moteur thermique ; la Fig.3 montre un exemple de défaut de retassure apparaissant dans un orifice 5 d'une zone massive ; les Fig.4A et 4B sont des vues partielles en perspective montrant un réchauffeur intégré dans un bras de coulée conformément au procédé selon l'invention ; et la Fig.5 est une section du bras de coulée des Figs.4A et 4B montrant l'intégration du réchauffeur dans celui-ci. [0013] Un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention dans une pièce de fonderie 2, sous la forme d'un carter cylindres de moteur thermique, est maintenant décrit ci-dessous. La pièce 2 est réalisée en fonderie sous pression, en aluminium AISi9Cu3. [0014] La Fig.2 montre une vue partielle de la pièce 2 dans laquelle sont visibles l'attaque de coulée 20 et une zone 21. La zone 21 est une zone massive, proche de l'attaque de 15 coulée 20, et qui comporte un orifice 210. [0015] Avant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention dans la pièce de fonderie 2, un défaut de retassure est apparu dans l'orifice 210. Ce défaut de retassure, montré schématiquement à la Fig.3 avec la référence 210a, et apparu dans 70% des pièces 2 produites. 20 [0016] Pour prévenir la formation du défaut de retassure 210a, l'invention préconise l'intégration d'un réchauffeur dans le bras de coulée au plus près de la zone massive 21 susceptible de présenter le défaut. Dans cet exemple d'application de l'invention, le réchauffeur a été intégré dans la zone référencée 22 à la Fig.2, zone 22 qui est la plus proche de la zone massive 21. 25 [0017] Le réchauffeur intégré dans le bras de coulée est montré aux Figs.4A et 4B. Le réchauffeur, référencé 32, est formé par un élargissement localisé du bras de coulée, référencé 31, dans la zone 22 sélectionnée pour son implantation. 4 [0018] Comme visible aux Figs.4A et 4B, le réchauffeur 32 est formé localement dans la partie terminale du bras de coulée 31, partie terminale qui est jointive avec la pièce 2 au niveau de l'attaque de coulée 20. [0019] Le réchauffeur 32 permet de garder plus chaude la portion de la pièce 2 se 5 prolongeant de l'attaque de coulée 20 jusqu'à la zone massive 21 qui est proche. Cet apport de chaleur ralentit la solidification du métal d'aluminium qui reste ainsi pâteux dans la zone massive 21. Il en découle une compression plus efficace du métal d'aluminium dans la zone d'attaque de coulée et la zone massive 21 lors de la troisième phase de la fabrication de la pièce 2. L'apparition d'un défaut de retassure est ainsi évitée dans la pièce de fonderie 2. 10 [0020] Une section droite du bras de coulée 31 au niveau du réchauffeur 32 est montrée à la Fig.5. La section sans réchauffeur du bras de coulée 31 est montrée par les traits en pointillé. [0021] Comme montré à la Fig.5, le réchauffeur 32 comprend deux portions d'élargissement 320a et 302b qui forment ensemble l'élargissement localisé de la section du bras de coulée 31. Les portions d'élargissement 320a et 302b sont agencées en regard sur des faces opposées de la partie terminale du bras de coulée 31. La portion d'élargissement 320a est la partie du réchauffeur 32 qui est visible dans la vue en perspective de la Fig.4A. La portion d'élargissement 320b est la partie du réchauffeur 32 qui est visible dans la vue en perspective de la Fig.4B. [0022] Des essais et simulations thermiques réalisés par l'entité inventive ont mis en évidence qu'un réchauffeur tel que préconisé par l'invention et représentant un élargissement entre 10% et 30% de la section du bras de coulée permet de réduire de manière sensible la survenue d'un défaut de retassure proche de l'attaque de coulée dans des pièces de fonderie sous pression. [0023] Ainsi, pour la pièce 2, traitée ici à titre d'exemple, il a été possible d'obtenir une conformité de 97% alors qu'elle n'était que de 30 % avant l'implantation du réchauffeur 32. [0024] Bien entendu, l'invention ne se limite pas au mode de réalisation particulier qui a été décrit ici à titre d'exemple. L'homme du métier, selon les applications de l'invention, pourra apporter différentes modifications et variantes entrant dans le champ de protection 30 de l'invention. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une pièce (2) de fonderie sous pression, ladite pièce de fonderie (2) ayant un système de coulée associé comportant une attaque de coulée (20) et un bras de coulée (31), et ladite pièce de fonderie (2) comprenant au moins une zone massive (21) susceptible de présenter un défaut de retassure (210a), caractérisé en ce qu'il comprend l'intégration d'au moins un réchauffeur (32) au plus près (22) de ladite zone massive (21) dans une partie terminale dudit bras de coulée (32) jointive à ladite attaque de coulée (20), ledit réchauffeur (32) étant formé d'un élargissement localisé (320a, 320b) de la section dudit bras de coulée (31). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élargissement localisé comprend deux portions d'élargissement (320a, 320b) qui sont agencées en regard sur des faces opposées de ladite partie terminale dudit bras de coulée (31). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit élargissement localisé (320a, 320b) représente entre 10% et 30% de la section dudit bras de coulée (31). 4. Pièce de fonderie sous pression (2), ladite pièce de fonderie (2) ayant un système de coulée associé comportant une attaque de coulée (20) et un bras de coulée (31), et ladite pièce de fonderie (2) comprenant au moins une zone massive (21), caractérisée en ce qu'une partie terminale dudit bras de coulée (32) jointive à ladite attaque de coulée (20) comprend au moins un réchauffeur (32) intégré au plus près (22) de ladite zone massive (21), ledit réchauffeur (32) étant formé d'un élargissement localisé (320a, 320b) de la section dudit bras de coulée (31). 5. Moteur thermique comprenant un carter cylindres en aluminium (2), caractérisé en ce que ledit carter cylindres est une pièce selon la revendication 4.