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CA 02396043 2002-06-27
WO 01/49435 PCT/FROO/03703
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PROCEDE PERFECTIONNE POUR FABRIQUER DES PIECES EN
ALLIAGE LEGER
L'invention se rattache au secteur technique de la fabrication de
pièces en alliage léger, notamment en aluminium, obtenues en fonderie,
forgeage et procédés similaires.
On connaît, par le brevet EP 119.365, un procédé spécifique
dénommé COBAPRESS qui combine -_ les techniques de fonderie et de
forgeage de pièces en aluminium ou alliages d'aluminium.
On rappelle que ce procédé consiste à couler de l'aluminium ou
alliage d'aluminium dans un moule et après la coulée, à démouler la pièce
encore chaude dénommée préforme à une température de l'ordre de 400 C à
500 C, on la place entre deux matrices ou parties d'une matrice définissant
une empreinte de dimensions légèrement inférieures à celles du moule, qui
correspondent à celles de la. pièce finale, les deux coquilles ou parties
étant
fortement pressées l'une contre l'autre pour exercer sur la préforme coulée
mise entre les parties de matrices un effet combiné de pressage à coeur et de
corroyage superficiel.
On connaît par ailleurs, par le brevet FR 2.778.125, un procédé du
type précité amélioré qui vise à profiter de l'opération de préchauffe pour
réaliser en même temps l'opération de traitement thermique économisant
ainsi sur l'opération de traitement thermique classique postérieure à
l'opération de frappe. Entre la coulée de la préforme et le forgeage, on
transfère ladite préforme coulée dans un four assurant la mise en solution de
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ladite préforme coulée à la température de mise en solution du matériau
constitutif et placée ensuite entre les deux parties de la matrice de frappe
pour l'opération de forgeage avec refroidissement ambiant, en accéléré ou
trempé.
Ce procédé amélioré dénommé COBAPRESS 2 permet donc de
réduire le temps de production et le coût de fabrication de manière
significative des pièces, tout en obtenant les mêmes caractéristiques des
pièces par rapport à l'enseignement du procédé COBAPRESS décrit dans le
brevet EP 119.365.
La mise en eeuvre du procédé précité dans les deux versions requiert
de manière courante dans l'activité de forgeage de pulvériser sur la matrice
de forge une solution -eau plus graphite à l'état liquide, qui a pour but de
faciliter le fluage de la matière ainsi forgée et le démoulage de la pièce
finale.
En pratique, la pulvérisation de la solution graphite sur la matrice de
forge est une opération qui, en fonction de la complexité des formes de la
pièce finale brute, est relativement longue et coûteuse, qui ne permet pas
systématiquement d'avoir une homogénéité de pulvérisation dans les parties
d'accès difficile de la pièce, et enfin qui est très salissante pour le poste
de
travail.
On connaît par ailleurs le brevet US 4683742 qui prévoit le
préchauffage des billettes avant de leur appliquer un revêtement de type
graphite puis les billettes étant forgées ensuite après passage dans une
installation de séchage.
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Le but recherché selon l'invention était donc d'assurer une
optimisation du procédé COBAPRESS initial de coulé-forgé en alliage
léger.
On connaît aussi par le brevet JP 6005433 le forgeage de billettes
avec utilisation d'un revêtement graphite.
Face à l'ensemble de l'art antérieur précité, le demandeur a tenté
d'optimiser le procédé du COBAPRESS tel que défini par les brevets
antérieurs précités.
Une première démarche a été de s'orienter sur une âinélioration des
conditions de dépose du graphite dans la matrice de forgeage par
pulvérisation de la solution de graphite sur la matrice de forge, avec un
meilleur contrôle de la distribution à l'aide de robots. En pratique, cette
solution est peu satisfaisante, car elle nécessite tout de même l'intervention
de l'homme, et les coûts et problèmes environnementaux sont toujours là.
La démarche du demandeur s'est donc orientée de manière inattendue
sur une autre possibilité qui s'intercale entre les deux phases principales de
coulée et de forgeage, possibilité qui offre toutes les garanties dans une
répartition homogène de la solution graphite sur la préforme, et qui au
surplus apporte des caractéristiques particulières intéressantes, en
améliorant la productivité du procédé.
Selon une première caractéristique, le procédé de fabrication des
pièces en alliage léger est du type mettant en oeuvre les phases suivantes :
- coulage de la préforme à une température de l'ordre de 250 à
500 C,
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- transfert de la préforme chauffée dans une matrice définissant une
empreinte de dimensions légèrement inférieures à celle du moule, les deux
parties de la matrice étant pressées l'une contre l'autre pour exercer
l'effort
de forgeage, de matriçage de la pièce brute finale,
.- refroidissement de la pièce brute à la température ambiante, le
procédé étant caractérisé en ce que après coulage de la préforme chauffée
et avant le transfert de la préforme dans une matrice de forge, ladite
préforme, à température de fin de coulée est transférée et immergée
totalement dans un bac pour graphitage par enduction, pour autoriser le
dépôt de la solution graphite sur la préforme, puis en sortie de bac, la
température de la préforme permettant l'évaporation naturelle de l'eau de
sorte que la préforme est recouverte d'une manière homogène de graphite.
Ainsi on a plus besoin de remettre -la pièce en chauffe pour la tenue
du produit de revêtement ni d'avoir un système pour faire évaporer l'eau,
celle-ci étant naturelle.
Selon une autre caractéristique, le procédé.-' perfectionné de
fabrication des pièces en alliage léger est du type mettant en oeuvre les
phases suivantes :
- coulage de préforme à une température de l'ordre de 250 à 500 C ;
- transfert de la préforme coulée obtenue dans un four assurant la
mise en solution de ladite préforme coulée à la température de mise en
solution du matériau constitutif ;
- transfert de la préforme mise en solution en sortie du four dans une
matrice définissant une empreinte de dimensions légèrement inférieures à
celles du moule, les parties de la matrice étant pressées l'une contre l'autre
pour exercer l'effort de forgeage, de matriçage de la pièce brute finale ;
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j
- refroidissement de la pièce brute obtenue à la température ambiante, en
accéléré ou trempé, le procédé étant caractérisé en ce que, après coulage de
la préforme chauffée et avant le transfert dans le four tunnel, ladite
préforme, à témpérature de fin de coulée, est transférée et immergée
totalement dans. un bac pour graphitage par enduction, pour autoriser le
dépôt de la solution graphite sur la préforme, puis en sortie de bac, à ce
stade, la température de la préforme et celle du procédé en amont
permettant l'évaporation naturelle de l'eau, de sorte que -la préforme est
recouverte d'une manière homogène de graphite, ladite préforme étant
ensuite remise en température dans le four tunnel assurant
l'homogénéisation en température de la préforme graphitée.
Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront bien de la suite de
la description.
Selon un aspect de l'invention, il y a procédé de fabrication des pièces en
alliage léger, le procédé comprenant:
coulage d'une préforme à une température de l'ordre de 250 à 500 C;
transfert de la préforme dans une matrice définissant une empreinte de
dimensions
légèrement inférieures à celle d'un moule, les parties d'une matrice de forge,
étant
pressées l'une contre l'autre pour exercer l'effort de forgeage, de matriçage
d'une
pièce brute finale; et
refroidissement de la pièce brute à la température ambiante, où après coulage
de
= la préforme chauffée et avant le transfert de la préforme dans la matrice de
forge,
ladite préforme, à température de fin de coulée est transférée et immergée
totalement dans un bac pour graphitage par enduction, pour autoriser le dépôt
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d'une solution graphite sur la préforme puis en sortie de bac, la température
de la
préforme permettant l'évaporation naturelle de l'eau de sorte que la préforme
est
recouverte d'une manière homogène de graphite.
Selon un autre aspect de l'invention, il y a procédé perfectionné de
fabrication des pièces en alliage léger, le procédé comprenant:
coulage de préforme à une température de l'ordre de 250 à 500 C;
transfert de la préforme coulée obtenue dans un four assurant la mise en
solution
de ladite préforme coulée à la température de mise en solution du matériau
constitutif;
transfert de la préforme mise en solution en sortie du four dans une matrice
définissant une empreinte de dimensions légèrement inférieures à celles d'un
moule, les deux parties de la matrice étant pressées l'une contre l'autre pour
exercer l'effort de forgeage, de matriçage de la pièce brute finale; et
refroidissement de la pièce brute obtenue à la température ambiante, en
accéléré
ou trempé,
où après coulage de la préforme et avant le transfert dans le four, ladite
préforme,
à température en fin de coulée, est transférée et immergée totalement dans un
bac
pour graphitage par enduction, pour autoriser le dépôt d'une solution graphite
sur
la préforme puis en sortie de bac, la température de la préforme et celle du
procédé
en amont permettant l'évaporation naturelle de l'eau, elle est séchée, de
sorte que
la préforme est recouverte d'une manière homogène de graphite, ladite préforme
étant transférée dans le four assurant la mise en solution de la préforme.
graphitée.
Pour fixer l'objet de l'invention illustré d'une manière non limitative
aux figures du dessin où la figure 1 représente le schéma de mise én veuvre
du procédé selon l'invention.
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5b
Le procédé de fabrication des pièces en alliage léger selon l'invention
requiert une installation avec cinq zones spécifiques successives couvrant
les différentes étapes du procédé.
La première zone (Z1) correspond à la coulée de l'alliage léger dans
un moule (1) permettant l'obtention d'une préforme (2) dans les conditions
de température rappelées précédemment.
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La seconde zone (Z2) correspond au transfert de la préforme (2)
chauffée dans un bac (3) pour immersion et graphitage par enduction de la
préforme (2). Le bain est une solution de graphite et eau.
Adjacent au bac permettant le graphitage par enduction, ou dans son
plan supérieur, est prévue une phase (Z3) de séchage de la pièce préformée
hors du bain.
La zone (Z4) suivante correspond au transfert de la préforme
graphitée séchée dans le four tunnel (4) pour homogénéisation en
température. La zone (Z5) suivante correspond à la sortie du four tunnel de
la préforme pour être ensuite forgée dans une matrice (5) qui fait l'objet
d'une lubrification moindre et plus rapide limitée au cordon de bavure selon
les conditions évoquées précédemment, puis refroidie à température
ambiante ou accélérée ou trempée.
Le procédé optimisé selon l'invention apparaît donner aux pièces
ainsi traitées des avantages spécifiques.
Les avantages du procédé optimisé de l'invention sont nombreux .
On profite de la température de la préforme pour permettre au
graphite d'accrocher sur la préforme puis à l'eau de s'évaporer avant les
opérations suivantes
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- une qualité d'état de surface plus affiné de la pièce grâce à une
homogénisation du dépôt de solution graphite qui a une influence sur les
conditions d'essai de rupture ;
- une meilleure tenue en essai de fatigue ;
- une longévité accrue de l'outillage de frappe
- une amélioration de l'environnement ;
- un gain de productivité ;
- une formation humaine moindre et moins complexe, ce qui est important
en regard du recrutement de main d'oeuvre qualifié, ce qui est toujours
1 0 difficile ou une automatisation plus simple ;
- au moment de l'homogénisation en température dans le four tunnel pour
homogénéisation en température, la couleur noire issue du bain graphité
permet de mieux emmagasiner les calories et donc d'améliorer les
caractéristiques de structure et mécaniques de la pièce ;
- De plus, une nuance de couleur pourrait répondre à un besoin d'esthétique
et de coloris. Une plus grande discrétion pour des éléments de sécurité et
plus particulièrement de suspension - châssis pour éviter l'effet de brillance
sous carrosserie visible par les conducteurs voisins au véhicule concerné.
Les avantages sont donc nombreux. Le procédé est optimisé selon
l'invention et apporte des améliorations inattendues et récentes qui
justifient
son développement.
