<Desc/Clms Page number 1>
piston pour moteurs, procédé et dispositif pour ----------------------------------------------sa fabrication.
--------------- on sait que les pistons de moteur notamment pour automobiles, avions, etc. doivent avoir en dépit d'une gran- de ténacité, résistance à des températures élevées et solidité, un poids faible et pour cette raison, on préfère des métaux légers, ceux-ci sont cependant dans leur composition actuellement conne relativement tendres et s'usent rapidement.
La présente invention se rapporte à un piston pour moteurs exempt des défauts précités et qui est néanmoins très léger, ainsi qu'à son procédé de fabrication et le dispositif qui intervient à cet effet.
Ce piston est caractérisé essentiellement par le fait qu'il est établi en métal léger dans lequel sont inoorporées des particules plus dures, de telle sorte, qu'elles s'étendent au moins sur toute la surface de glissement.
De pareilles particules plus dures réparties dans le
<Desc/Clms Page number 2>
métal léger peuvent être produites, par, exemple, par le fait que lors de la fusion du métal. par exemple, de l'aluminium. on ajoute des quantités plus ou moins grandes de matières, comme, par exemple, du silicium, qui, ne dissolvent qu'en partie ou pas dutout dans le métal en fusion ou encore qui s'en séparent à nouveau à l'état cristallin ou s'en trouvent éliminées lors du refroidissement de la fonte, on peut donc allier au métal léger des matières qui, lors de la coulée, sont dissoutes dans le métal liquide, mais qui n'y restent dissoutes que partiellement. parce que la quantité ajoutée dépasse, par exemple, pour une température déter- minée le coefficient de solubilité et que des éliminations se produisent de ce fait.
Le procédé de fabrication des pistons selon l'inven- tion est caractérisé en ce que l'aluminium est fondu avec 20 - 35% de silioium et coulé dans un moule chauffé.
Le dispositif de fabrioation des pistons est, enfin, oaraotérisé en ce que les axes de piston sont debout dans le moule et que le noyau composé de plusieurs parties s'as- soit extérieurement par des oreilles sur le moule extérieur. pour la fabrication du piston, on emploie avantageusement de l'aluminium très pur franchement coulé et du silicium pur à gros grains. on pourrait allier encore à l'alliage d'aluminium et de silicium jusqu'à 5% de cuivre, métal qui pourrait être remplacé jusque même pourcentage par du bore, ciroone, ti- tane. nickel, magnésium, vanadium, molybdène, manganèse ou ohrome.
Ces différentes additions, au lieu d'être employées seules pourraient être alliées aussi en combinaison. on coule avantageusement dans une coquille (moule) chauffée à moins de 450 C un alliage à 22 - 35% de silicium.
Le dispositif pour la fabrication de piston est établi
<Desc/Clms Page number 3>
de préférence, en métal, par exemple en fer; on pourrait toutefois employer aussi une matière métalloïde comportant des armatures intérieures en métal.
Il y a avantage à ce que le trou de coulée dans la coquille se rétrécisse en section vers le bas, qu'il passe d'une section ronde en haut à une section plate rectangu- laire en bas et qu'il soit limité partout de haut en bas par des lignes droites,
Il y a aussi avantage à ce que l'embouchure du trou de coulée de la ooquille soit située à une hauteur à peu près double de celle du piston à couler.
De la forma creuse, de fines ouvertures peuvent condui- re aux fentes entre les parties de noyau,
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, un moule pour la fabrication de pistons,
Fig. 1 est une coupe suivant A-B de la fig. 2.
Fig. 2 est UNS coupe suivant C-D de la fig. 1.
Fig. 3 est une coupe suivant E-F de la fig. 2.
Fig. 4 est une coupe suivant G-H de la fig. 3 et
Fig. 5 est une coupe suivant I-K de la fige 3.
Le moule a saon le dessin représenté est un métal, par exemple en fer, et il possède des saillies annulaires b sur lesquelles s'assoient les parties extérieures du noyau.
Un noyau central! appuie les deux parties extérieures .0 contre le moale a de mêne que deux autres parties de noyu f qui se trouvent au centre du moule, Les trous de coulée g sont visibles dans la fig. 3 et leurs seotions différen- tes dans les fige. 2, 4 et 5. On remarquera que le trou de coulée a une forme, ronde en haut pour passer à une forme rec- tangulaire allongée en bas et qu'il est limité partout de haut en bas par des lignes droites.
Le noyau, paral- lèle à l'axe longitudinal est divisé en plusieurs parties. les parties extérieures portent les profils façonnés comme requis alors que la pièce intermédiaire est fendue à l'ins-
<Desc/Clms Page number 4>
tar d'un coin afin de presser fortement les pièces latélales contre la paroi du moule. Bien que le coincement de la partie médiane en forme de coin et des parties latérales doit être assez important, la,fente suffit encore pour l'échappement de l'air pendant la coulée de sorte qu'un remplissage complet du moule est assuré.
Dans la forme d'exécution représentée on Toit eh fig. 1 un oeilletsaillant d'une largeur à peu près normale. pour différentes constructions l'oeillet doit devenir plus large et dans un pareil cas, les pièces de liaison entre la partie supérieure de la partie de noyau extérieure et la partie inférieure devient très mince, de sorte qu'on le supprime plutôt complètement et que la face de l'oeillet se termine au cône central, Si la distance entre les oeillets doit être réduite encore davantage, c'est à dire chaque oeillet être renforcé encore le coin médian doit devenir plus étroit, si alors l'oeillet s'avance jusqu'à l'endroi de la fente entre les parties médiane et extérieure, l'air peut s'échapper libre ment de l'oeillet.
Dans l'autre cas, il convient d'aménager des canaux spéciaux h (fig. 1) partant de la pièce angulaire de la forme creuse et à travers lesquels l'air peut s'échapper dans la fente entre deux parties de noyau adjacentes.
Le fond.1 est une partie indépendante, contre laquelle les parties latérales de la forme creuse sont adossées, après quoi on les réunit solidement en se servant d'outils de serrage appropriés : bagues, etc. Au préalable, les parties médianes du noyau ont été suspendues à l'intérieur et après la formation du moule le coin! est enfoncé pour les bloquer.
Comme on le voit dans le dessin, le trou de coulée est d'une hauteur à peu près double de celle du piston à couler. de sorte que la chambre du piston se trouve sous la pression d'une haute colonne et qu'elle est forcément
<Desc/Clms Page number 5>
remplie de fonte.
En ce qui concerne le procédé de fabrication du piston, il y a lieu de remarquer encore ce qui sui t : par les additions énumérées ai-dessus à l'alliage de silicium et d'aluminium soit seules ou en mélange, certaines propriétés du corps en fonte peuvent encore être amé- liorées. par l'addition de cuivre, l'usinage mécanique de l'alliage et sa ductilité sont améliorés et surtout la dureté est accrue, celle-ci est accrue aussi par l'addition du bore , oircone, titane ou nickel.. L'addition de magnésium augmente la tenacité de la fonte et réduit notablement son poids spécifique.
Le vanadium, molybdène, manganèse et ohrome augmentent la résistance à la chaleur de l'alliage ce qui est surtout important pour les pistons.
Tous ces métaux et métalloïdes peuvent être coulés facilement avec l'aluminium et le silicium surtout lorsqu'ils sont ajoutés à la température juste.
De même , la ohaleur du moule joue un grand rôle dans l'obtention de fontes impeccables. Si, par exemple, le mou- -la. est trop chad, il y aura des endroits poreux dans la fonte, s'il est trop froid, la forme ne sera pas ramplia, La température que le moule doit avoir de préférence, dé- pendde l'importance de la teneur en silicium, Plus qu'il y a de silicium dans l'alliage plus basse doit être la température du moule.
Il *'est avéré que pour une teneur de. silicium de 21 1/2 %, cette température sera avanta- geusement à peu près 450. 0, pour une teneur de 22 - 23 % environ 400 C et pour une teneur de 23 1 2 % environ 380
La température, du moule ne dépend pas seulement de la composition de l'allié, mais aussi de l'épaisseur de pa- roi de la coquille plus que celle-ci est grande, plus im- portante sera le refroidissement du métal de coulés pour
<Desc/Clms Page number 6>
une température égale de la coquillé et plus chaud doit être le moule. @
Le moule selon l'invention est un moule à usage permanent, c'est pourquoi la pièce coulée doit s'en détacher facilement; de plus il ne doit pas subir de refroidissement par la haute température du métal à couler.
A part les métaux, l'on pourrait emploper aussi pour la confection de la ooquille, des métalloïdes soit poroelaine, argile, graphite, qu@tz, etc. Les coquilles peuvent être renforoéps par des fibres métalliques, barres, pointes, fils, etc. Des fois, il est nécessaire de frapper légèrement les formes aveo le marteau pour ou'elles se détachent plus facilement du piston et, à cet effet, la forme doit avoir anssi une certaine résistance à côté de la propriété de résister aux hautes températures. pour les parties de noyau, l'on peut aussi employer des métaux ou métalloïdes, comme par exemple, ceux cités ci-dessus, du métal en barre ou bande pouvant y être incorpo- ré pour donner à l'ensemble une résistance suffisante.
Des expériences ont démontré que lors de la coulée, l'axe de piston occupe avantageusement une position debout.
L'avantage d'un piston selon la présente invention réside en son poids faible et usure réduite, Les pistons en métal léger connus jusqu'à présent sont tendres et il en résulte une usure très forte par frottement sur des surfaces plus dures. Si. par contre, des particules de métal dures et tendres sont présentes en mélange sur les surfaces de frottement, il n'y aura d'abord qu'usure des particules tondras avec création de canaux entre les particu- les dures pour le passée du lubrifiant. Le frottement se trouve ainsi réduit de façon très notable sur toute la hauteur de course du piston et en outre , les particules assurent un guidage exact du piston dans le cylindre,
<Desc / Clms Page number 1>
piston for engines, method and device for ------------------------------------------ ---- its manufacture.
--------------- we know that engine pistons, in particular for automobiles, airplanes, etc. should have despite great toughness, high temperature resistance and strength, low weight and for this reason light metals are preferred, these however are in their present composition relatively soft and wear out. quickly.
The present invention relates to a piston for engines free from the aforementioned defects and which is nevertheless very light, as well as to its method of manufacture and the device which intervenes for this purpose.
This piston is characterized essentially by the fact that it is made of light metal in which are inoorporées harder particles, so that they extend at least over the entire sliding surface.
Such harder particles distributed in the
<Desc / Clms Page number 2>
light metal can be produced, for example, by the fact that when melting the metal. for example, aluminum. more or less large amounts of materials are added, such as, for example, silicon, which dissolves only partially or not at all in the molten metal or which separates again in the crystalline state or are eliminated during the cooling of the cast iron, it is therefore possible to combine with the light metal materials which, during the casting, are dissolved in the liquid metal, but which remain only partially dissolved therein. because the amount added exceeds, for example, for a given temperature the coefficient of solubility and eliminations therefore occur.
The method of manufacturing the pistons according to the invention is characterized in that the aluminum is melted with 20-35% silioium and cast in a heated mold.
The device for manufacturing the pistons is, finally, oaraotérisé in that the piston pins are upright in the mold and that the core composed of several parts is seated externally by ears on the outer mold. for the manufacture of the piston, one uses advantageously very pure aluminum frankly cast and pure silicon with coarse grains. up to 5% copper could still be combined with the alloy of aluminum and silicon, a metal which could be replaced up to the same percentage by boron, ciroone, titanium. nickel, magnesium, vanadium, molybdenum, manganese or chromium.
These different additions, instead of being used alone, could also be combined in combination. an alloy with 22-35% silicon is advantageously cast in a shell (mold) heated to less than 450 ° C.
The device for the manufacture of piston is established
<Desc / Clms Page number 3>
preferably metal, for example iron; however, one could also use a metalloid material comprising internal metal reinforcements.
It is advantageous that the taphole in the shell narrows in section downwards, that it passes from a round section at the top to a rectangular flat section at the bottom and that it is limited everywhere by top to bottom by straight lines,
It is also advantageous that the mouth of the casting hole of the shell is located at a height of about twice that of the casting piston.
From the hollow form, fine openings can lead to the slits between the core parts,
The accompanying drawing shows, by way of example, a mold for the manufacture of pistons,
Fig. 1 is a section along A-B of FIG. 2.
Fig. 2 is UNS section along C-D of fig. 1.
Fig. 3 is a section along E-F of FIG. 2.
Fig. 4 is a section on G-H of FIG. 3 and
Fig. 5 is a section along I-K of fig 3.
The mold a saon the design shown is a metal, for example iron, and it has annular projections b on which sit the outer parts of the core.
A central core! presses the two outer parts .0 against the moale a as well as two other parts of the nucleus f which are located in the center of the mold. The tap holes g are visible in fig. 3 and their different seotions in the figs. 2, 4 and 5. It will be noted that the taphole has a shape, round at the top to pass to a rectangular shape elongated at the bottom and that it is limited everywhere from top to bottom by straight lines.
The nucleus, parallel to the longitudinal axis, is divided into several parts. the outer parts carry the profiles shaped as required while the intermediate part is slit ins-
<Desc / Clms Page number 4>
tar from a corner in order to strongly press the side pieces against the wall of the mold. Although the wedging of the wedge-shaped middle part and the side parts should be quite large, the slit is still sufficient for the escape of air during casting so that complete filling of the mold is ensured.
In the embodiment shown on Roof eh fig. 1 eyelet with a roughly normal width. for different constructions the eyelet has to become wider and in such a case the connecting pieces between the upper part of the outer core part and the lower part become very thin, so that it is rather completely removed and the face of the eyelet ends at the central cone, If the distance between the eyelets is to be reduced even further, i.e. each eyelet to be reinforced further the middle corner must become narrower, if then the eyelet advances to 'At the location of the slit between the middle and outer parts, air can escape freely from the eyelet.
In the other case, it is necessary to arrange special channels h (fig. 1) starting from the angular piece of the hollow form and through which air can escape into the slot between two adjacent core parts.
The bottom. 1 is an independent part, against which the lateral parts of the hollow form are leaned, after which they are firmly united using appropriate clamping tools: rings, etc. Beforehand, the middle parts of the core were hung inside and after forming the mold the wedge! is pressed to block them.
As can be seen in the drawing, the tap hole is about twice the height of the casting piston. so that the piston chamber is under the pressure of a high column and is necessarily
<Desc / Clms Page number 5>
filled with cast iron.
With regard to the manufacturing process of the piston, the following should also be noted: by the additions enumerated above to the alloy of silicon and aluminum either alone or as a mixture, certain properties of the body cast iron can still be improved. by the addition of copper, the mechanical machining of the alloy and its ductility are improved and above all the hardness is increased, it is also increased by the addition of boron, orcone, titanium or nickel. of magnesium increases the tenacity of cast iron and significantly reduces its specific weight.
Vanadium, molybdenum, manganese and ohrome increase the heat resistance of the alloy which is especially important for the pistons.
All of these metals and metalloids can be easily cast with aluminum and silicon especially when added at the right temperature.
Likewise, the heat of the mold plays a large role in obtaining impeccable castings. If, for example, the mussel. is too hot, there will be porous places in the cast iron, if it is too cold, the shape will not be plumped, The temperature that the mold should preferably have, depends on the importance of the silicon content, The more silicon there is in the alloy, the lower the mold temperature should be.
It * 'turned out that for a content of. silicon of 21 1/2%, this temperature will advantageously be approximately 450.0, for a content of 22 - 23% approximately 400 C and for a content of 23 1 2% approximately 380
The temperature of the mold does not only depend on the composition of the alloy, but also on the wall thickness of the shell. The larger the shell, the greater the cooling of the cast metal for
<Desc / Clms Page number 6>
the same temperature of the shellfish and hotter should be the mold. @
The mold according to the invention is a mold for permanent use, which is why the casting must come off easily; moreover, it must not undergo cooling by the high temperature of the metal to be cast.
Apart from metals, one could also employ for the making of the shell, metalloids such as poroelaine, clay, graphite, qu @ tz, etc. The shells can be reinforced with metallic fibers, bars, points, threads, etc. Sometimes it is necessary to strike the forms lightly with the hammer to make them more easily detached from the piston, and for this purpose the form must have some strength besides the property of resisting high temperatures. for the core parts, it is also possible to use metals or metalloids, such as, for example, those mentioned above, bar or strip metal which may be incorporated therein to give the assembly sufficient strength.
Experiments have shown that during casting, the piston pin advantageously occupies a standing position.
The advantage of a piston according to the present invention lies in its low weight and reduced wear. The light metal pistons known heretofore are soft and very high frictional wear results on harder surfaces. If, on the other hand, hard and soft metal particles are present mixed on the friction surfaces, there will initially only be wear of the flattened particles with the creation of channels between the hard particles for the past. lubricant. The friction is thus reduced very significantly over the entire stroke height of the piston and in addition, the particles ensure exact guidance of the piston in the cylinder,