PROCEDE DE REALISATION D'UNE PIECE MOULEE EN AL OU SES ALLIAGES MUNIE DE CANAUX INTEGRES

PROCESS FOR MAKING AN AL OU AN AL ALLOY MOULDED PIECE WITH INTEGRATED CANALS

English Abstract

Process for making moulded aluminum or aluminum-alloy parts comprising integrated channels for the distribution of a lubricant or the circulation of a heat transfer fluid. The process is characterized by the fact that one or more aluminum or aluminum alloy tube(s) shaped in advance is(are) placed in a mould, the extremities of the tube(s) being outside the mould or any inserts which are put into it. The alloy is poured into the mould cavity and, following removal from the mould, all surplus portions of the tube(s) are removed. This process applies to the mass production of moulded parts with a system of internal channels, such as cylinder heads, compressor cylinders, lubrication systems, convectors, etc.

French Abstract

Procédé de réalisation de pièces moulées en aluminium ou ses
alliages comportant des canaux intégrés destinés à la
distribution d'un lubrifiant ou à la circulation d'un fluide
caloporteur. Le procédé est caractérisé en ce que un ou
plusieurs tubes en aluminium ou alliages d'aluminium
préalablement conformés sont placés dans un moule, les
extrémités du ou des tubes étant à l'extérieur du moule ou
des noyaux qui y sont insérés. On coule l'alliage dans la
cavité du moule et après démoulage on élimine les parties
excédentaires du ou des tubes. Ce procédé s'applique à la
production en série de pièces moulées ayant un système de
canaux internes telles des culasses, des cylindres de
compresseurs, des systèmes de lubrification, de convecteurs,
etc.

Claims

-7-
Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un
droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué,
sont définies comme il suit:
1. Procédé d'obtention d'une pièce moulée en Al ou ses alliages contenant
des canaux intégrés caractérisé en ce que
- un tube (1) (ou système de tubes) en aluminium ou un de ses alliages
d'épaisseur supérieure ou égale à 1 mm, préalablement conformé est
placé dans un moule (3) dans une position déterminée, les extrémités
du tube (ou du système de tubes) étant à l'extérieur du moule ou des
noyaux qui y sont insérés
- on coule l'alliage de la pièce dans la cavité du moule
- après démoulage on élimine les parties excédentaires du tube (ou du
système de tubes)
2. Procédé de coulée selon la revendication 1 caractérisé en ce que la
pièce moulée en aluminium ou ses alliages est une culasse.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en
ce que le système de tubes est constitué par un tube (1) pouvant être
muni d'un ou plusieurs piquages (2).
4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que les piquages (2)
sont fixés sur le tube (1) par des collerettes conformées (7) et
collées (10).
5. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que les piquages (2)
sont fixés sur le tube (1) par emmanchement à force.
6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'extrémité du
piquage (2) est muni de rainures longitudinales (20) obtenues par
repoussage, avant emmanchement à force.
7. Procédé selon l'une des revendications 5 ou 6 caractérisé en ce que le
serrage au diamètre est positif pouvant aller jusqu'à 5/10 de mm.
8. Procédé selon la revendication 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que le
(ou les) piquage(s)(2) pénétre(nt) dans le tube (1)

-8-
9. Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que la pénétration 1
est de l'ordre de 1 mm.
10.Procédé selon une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le
tube (ou le système de tubes) (1) est positionné avant coulée dans le
moule (1) de façon parfaitement centrée, avec la possibilité de
dilatation axiale des tubes et un blocage en rotation.
11.Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce que le
positionnement du tube (ou système de tubes) est réalisé par un coude à
90° (2) externe à la partie utile de la pièce moulée (1), inséré dans
un noyau (9) externe au moule avec un jeu (12) et par l'extrémité
aplatie (13) du tube.
12.Procédé selon la revendication 1, 2, 4, 5, 6, 9 ou 11, caractérisé en ce que
pendant la coulée de la pièce on fait circuler un fluide de
refroidissement dans le tube (ou système de tube) (1).
13.Procédé selon la revendication 1, 2, 4, 5, 6, 9 ou 11, caractérisé en ce que la
température de fusion du tube (ou système de tubes) est supérieure ou
égale à celle de l'alliage coulé constituant la pièce moulée.
14.Procédé selon la revendication 1, 2, 4, 5, 6, 9 ou 11, caractérisé en ce que
l'alliage constituant la pièce moulée est de l'aluminium
commercialement pur (type A5)
15.Procédé selon la revendication 1, 2, 4, 5, 6, 9 ou 11, caractérisé en ce que la
température de coulée est inférieure à 760°C.
16.Procédé selon la revendication 15 caractérisé en ce que la température
de coulée est comprise entre 720°C et 740°C.
17.Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que
le temps de contact entre le tube (ou système de tubes) et le métal
fondu est inférieur à 10 secondes.

-9-
18. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce
que le temps de contact entre le tube (ou système de tubes)
et le métal fondu est de 5 secondes.

Description

'~ -
-1-
PROCEDE DE REALISATION D'UNE PIECE MOULEE EN Al OU SES ALLIAGES
MUNIE DE CANAUX INTEGRES
L'invention concerne un procédé de réalisation de pièces moulées en Al ou
ses alliages comportant des canaux intégrés en vue de la distribution d'un
lubrifiant ou de la circulation d'un fluide caloporteur.
Elle s'applique en particulier à la fabrication de culasses
On conna;t un procédé de ce type décrit dans les demandes japonaises
JA-55-73455 et JA-55-68168 dans lesquelles un tube métallique rempli de
sable ou de matériau analogue est noyé dans une pièce moulée. Après
solidification le sable est éliminé. Cependant, cette méthode présente les
désavantages suivants :
- avant coulée, il faut remplir les tubes avec du sable ce qui constitue
une opération supplémentaire et délicate, surtout si les tubes sont
étroits et tortueux;
- après coulée, il faut éliminer le sable contenu à l'intérieur des
canaux, ce qui peut être difficile si les canaux sont étroits et
tortueux;
- des grains de sable peuvent ne pas être éliminés en restant accrochés
aux parois internes du tube, ce qui peut induire des inconvénients si
ceux-ci sont entraînés par la suite dans les circuits d'utilisation (de
lubrifiant ou de refroidissement);
- difficultés à réfrigérer les tubes en cours de coulée.
La demanderesse, voulant éliminer ces inconvénients, a donc mis au point
,r~
dC

CA 02048187 1998-11-02
la présente invention.
Selon la présente invention, il est prévu un procédé dlob-
tention d'une pièce moulée en Al ou ses alliage contenant des
canaux intégrés caractérisé en ce que:
- un tube ~ou système de tubes) en aluminium ou un de ses
alliages d'épaisseur supérieure ou égale à 1 mm, préala-
blement conformé est placé dans un moule dans une
position déterminée, les extrémités du tube (ou de
système de tubes) étant à l'extérieur du moule ou des
noyaux qui y sont insérés;
- on coule l'alliage de la pièce dans la cavité du moule;
- après démoulage on élimine les parties excédentaires du
tube (ou du système de tubes).
L'alliage constituant les tubes ainsi que leurs épaisseurs
sont déterminés de façon à éviter toutes fusions locales lors
du remplissage du moule par l'alliage liquide. Dune façon
générale il est préconisé l'utilisation d'un tube en A5
(Norme AFNOR-NF-57702) d'épaisseur supérieur ou égale à 1 mm.
Les rayons de cintrage des tubes ne doivent pas engendrer
dans la fibre tendue des coudes des amincissements trop
importants, incompatibles avec la tenue du tube au moment du
remplissage; de préférence le rayon de cintrage est supérieur
ou égal à 3 fois le diamètre externe des tubes.
Des modes de réalisations préférentiels de l'invention sont
décrits ci-après:
a) soit par des collerettes, obtenues par écrasement axial
du tube et conformées au diamètre externe du tube
principal. La fixation a lieu alors par collage ou
soudage. Le positionnement est donné par la collerette

CA 02048187 1998-11-02
et l'ajustement du piquage dans le tube principal
(fig.2);
b) soit par emmanchement à force de l'extrémité chanfreinée
du piquage dans un orifice du tube principal avec un
serrage positif allant jusqu'à 0,5 mm. Le positionnement
est donné par l'extrémité des rainures longitudinales
des piquages assurant le serrage latéral (fig. 3);
c) soit par soudage direct.
La profondeur de pénétration d'un piquage dans le tube
principal est de l'ordre de 1 mm par rapport à sa surface
interne. Ce positionnement est fixé par la position de la
collerette dans le cas a) soit par rainurage longitudinal
externe par repoussage de l'extrémité de l'ajustage dans le
cas b). Dans ce dernier cas, les surépaisseurs obtenues sur
le diamètre
/

- 2 ~ 7
--3--
assurent alors le serrage latéral et les bourrelets d'extrémité des
rainures assurent le positionnement axial de l'ajustage sur le tube.
Le positionnement du tube (ou du système de tubes) dans le moule assure
son centrage par rapport à sa position de référence, offre la possibilité
5 de dilatation axiale des tubes et le blocage en rotation de ceux-ci.
Le postionnement du tube (ou du système de tube) dans le moule est par
exemple réalisé par un coude à 90~, externe à la partie utile de la pièce
moulée et inséré dans un noyau adjacent au moule avec un jeu de l'ordre de
l à 2 mm, pour une longueur hors tout de 50 cm environ. L'autre extrémité
du tube est insérée dans un noyau à logement cylindrique permettant la
libre dilatation axiale du tube mais assurant par ailleurs, un parfait
centrage du système de tubes dans le moule. Le moule lui-même est réalisé
soit en sable, soit en métal, soit mixte, dans les conditions habituelles
15 pour la coulée des alliages d'aluminium. Les alliages habituellement
utilisés sont les AS7G ou AS5U3G aux états Y20, 23 ou Y30; 33 suivant la
norme AFNOR NF-A-57702.
Les cotes d'entraxe des piquages seront corrigées, par rapport aux cotes
20 souhaitées, d'un coefficient tenant compte des déformations du tube
principal lors de la coulée et de la solidification de la pièce : à savoir
allongement sous l'effet de la chaleur du métal liquide et retrait au
moment de la solidification de la pièce.
La température de coulée de la pièce est la température la plus faible
permettant d'obtenir la bonne venue de la pièce et la non fusion du tube.
La température de coulée est inférieure ou égale à 760~C et de préference
comprise entre 720~C et 740~C.
30 A titre indicatif, les diamètres internes usuels des tubes utilisés sont
généralement compris entre 3 et 15 mm.
Il est préférable de choisir les alliages du tube ou système de tubes et
de la pièce coulée de telle sorte que la température de fusion de
35 1 ' alliage de la pièce moulée soit inférieure ou égale à celle du métal (ou
alliage) constituant les tubes (ou système de tubes).

CA 02048l87 l998-ll-02
Pendant la phase de remplissage, le temps de contact entre le système de
tubes et le métal fondu est inférieur a 10 secondes, et de
préférence 5 secondes.
Le tube (ou système des tubes) peu(ven)t aussi être refroidi(s) au cours
de l'opération de coulée par une circulation d'un fluide de
refroidissement, tel que l'air comprimé ou la vapeur d'azote liquide.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de l'exemple suivant, illustré
par les figures 1 à 3 et, reproduisant les conditions de coulée d'une
partie de culasse.
La figure 1 représente une vue en coupe d'un tube et de ses piquages en
place dans un moule de coulée, en élévation (lA) selon la ligne II-II de
la fig.lB et en plan (lB) selon la ligne I-I de la fig.lA.
Par souci de clarté des dessins le système d'alimentation de la pièce
coulée en gravité n'est pas représenté.
La figure 2 montre en coupe le détail de la jonction d'un piquage sur le
tube principal à l'aide d'une collerette conformée et collée (fig.2A à 2D)
à différentes étapes de conformation.
La figure 3 représente le détail de la jonction d'un piquage sur le tube
principal par emmanchement à force, la figure 3A étant une vue en
élévation d'un piquage, la fig.3B une vue en bout et la fig.3C, une coupe
axiale de l'emmanchement à force obtenu.
Un tube 1 muni de 3 piquages fermés 2 est placé dans un moule 3 constitué
d'une partie inférieure 4 et d'une partie supérieure 5, s'appuyant entre
elles par le plan de joint 6; le tube 1 a les dimensions suivantes
diamètre 12 X 8 mm et les piquages diamètre 6 X 4 mm. Le moule est
constitué d'un mélange PET-SET de la societé "ASHLAND AVEBENE" dont la
composition est :
- silice 55AFA
- isocyanate : 0,6% (en poids)

. 2~1g7
- résine phénolique : 0,6% (en poids)
- catalyseur PP 3/4 = 20% de la quantité de résine (en poids).
Les piquages sont munis d'une collerette 7, conformée et collée sur le
tube principal 1 à l'aide d'une colle 10 cyanoacrylique (Black Max de la
societé "LOCTITE").
Le tube principal 1 possède un coude d'extrémité 8 placé dans la partie 9
du moule 3, avec un jeu 12 compris entre 1 et 2 mm, qui permet de
positionner avec précision le tube (1) muni de ses piquages dans le moule
3. L'autre extrémité aplatie 13 du tube 1 de 50 cm de longueur, est droite
et peut coulisser dans la partie 10 du moule 3 (libre dilatation thermique
vers l'extérieur du moule).
Les collerettes sont obtenues par écrasement axial du tube.2 constituant
les piquages (fig.2A, B et C) et après conformation, celle~-ci sont
collées sur le tube 1 (fig.2D).
La pénétration du piquage dans le tube a lieu sur une longueur l de
l'ordre du mm.
Le tube 1 et ses piquages étant positionnés dans le moule 3, comme cela
vient d'être décrit, on coule dans la cavité 11 un alliage AS5U3G à une
température de 730~C et à une vitesse de 120 l/minute.
Après solidification, on démoule la pièce munie de son système de canaux
intégrés, laquelle est ensuite débarrassée des surlongueurs inutiles, 8 et
13, par exemple.
Un autre mode de jonction du piquage 2 sur le tube 1 est représenté à la
fig.3.
Il consiste à former par repoussage ~ l'extrémité du piquage des rainures
longitudinales 20 sur sa face externe, ce qui forme de légers bourrelets
longitudinaux 21 de hauteur a (environ 0,3 mm) et un bourrelet d'extrémité
22.

2 ~ 4 818 ~
Le tube est ensuite chanfreiné sur une longueur b de l'ordre du mm, puis
emmanché à force dans l'ouverture 23 du tube 1 jusqu'à ce que les
bourrelets 22 servant de butée assurent la profondeur de pénétration l
recherchée.
Le procédé selon l'invention permet d'obtenir des pièces ayant un système
de canaux internes pouvant présenter un dessin complexe, sans recourir à
un usinage précis et long sur machines spécialisées, et sans avoir à
reboucher les sorties des canaux usinés inutiles en service et simplement
exigées par les étapes de perçages.
Ce procédé simple et peu coûteux est adaptable à la production en série de
toutes sortes de pièces moulées telles que des culasses, des cylindres et
valves de compresseurs, des systèmes de lubrification, des convecteurs,
etc.--

Representative Drawing