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"PISTON EN METAL LEGER OBTENU SUIVANT LE PROCEDE DE COULEE SOUS PRESSION OU AU JET".
Il est connu de couler les pistons en métal léger,par- ticulièrement les pistons en aluminium,en coquilles. La plupart des pistons présentement utilisés ont été fabriqués de cette ma- nière,' Parallèlement à la coulée en coquille on emploie aussi en- core le coulée en sable, ou une coulée seulement avec noyaux en sable. Ces prooédés connus ont avec le temps été perfectionnés à un point tel qu'ils n'offrent pas de difficultés au point de vue d'une fabrication de pièces ooulées irréprochables,quoique, pan suite des sections de différentes épaisseurs,il y a danger que les pistons coulés soient atteints de défauts de coulée.
On peut donner à la pièce à usiner des qualités encore meilleures en fabriquant le piston par forgeage ou à la presse.
Dans ce cas une matière première préalablement malléée est forgée
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dans une presse à friction ou hydraulique de manière que,parti- culièrement la partie recevant les segments d'étanchéité et le fond du piston présentent des sections d'écoulement de chaleur qui sont irréprochables.
Un procédé utilisé volontier par les techniciens du métier, et situé entre la coulée et le forgeage est le procédé de coulée sous pression ou au jet,qui est préféré aux procédée de fabrica- tion précités à cause de son bas prix.Cependant,suivant les ex- périences faites l'emploi du procédé de coulée sous pression ou au jet pour la fabrication de pistons possédant des sections de parois et des sections d'écoulement de chaleur comme celles présen- tées par les pistons obtenus par coulée autre que la coulée sous pression ou au jet ou par forgeage,n'a pas donné jusqu'à présent de résultats satisfaisants. Par suite de nombreux endroits dé- fectueux,particulièrement par suite de grandes retassures et soufflures, ou occlusions d'air,les pistons fabriqués de cette manière se sont avérés comme étant entièrement inutilisables.
Dans le procédé de coulée sous pression ou au jet,du métal liquide ou semiliquide est introduit dans un moule en acier à une pression très élevée, par exemple de quelques 100 atmosphères et en appliquant une grande vitesse. Dans ce cas les gaz renfer- més dans la matière première métallique sont entrainés et occlus dans la pièce à usiner. Des retassures qui se forment pendant la solidification de la matière première,qui se produit du reste avec une extrême rapidité,possèdent intérieurement également une surpres sion extrêmemant élevée. Par suite de l'échauffement élevé du pis- ton durant le travail les gaz occlus tâchent de se dilater très fortement.La pression en résultant peut devenir le cas échéapt tellement élevée que le piston en est détruit.
Or,on a essayé dans la pratique d'atteindre l'optimum de qualité de pièce de coulée. Cependant cette qualité optimum présume uné épaisseur tout à fait déterminée de la paroi du pis- ton. Mais alors on constate que l'écoulement de la chaleur de-
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vient trop faible à cause de la faible épaisseur des sections transversales qu'il faut observer dans ce cas.' C'est pourquoi on a renoncé jusqu'à présent à l'obtention d'un optimum de qualité de pièce de coulée,en faveur d'une grande section d'é- coulement de chaleur.
Suivant la présente invention on réussit à résoudre le pro- blème de fabrication de pistons en métal léger possédant la qualité optimum de pièce de coulée,en appliquant un procédé de coulée sous pression ou au jet,par le fait que les sections transversales du piston sont dimensionnées aussi uniformément que possible et de manière à répondre aussi bien aux efforts mé- oaniques qu'en même temps aux efforts thermiques,
grâce à ce qu'une pluralité de nervures ou d'ailettes s'étendant à l'intérieur du piston sert à assurer une évacuation suffisante de la chaleur du fond du piston et de sa partie à segments.' Les nervures ou ailet- tes servent utilement non seulement à l'évacuation de la chaleur mais au renforcement de la construction entière du piston*'!
Les dessins annexés représentent à titre d'exemple non limi- tatif un mode d'exécution de l'invention
La figure I représente un piston en coupe longitudinale, transversalement aux coussinets de l'axe du pied de bielle.
La figure 2 représente un piston vu à angle droit par rapport à la coupe suivant la figure I:
La figure 3 représente une vue de dessous du même piston:
Les pistons représentés dans les figures sont les pièces de coulée brutes obtenues suivant le procédé de coulée sous pression ou au jet. Comme tolérance pour l'usinage on a ajouté sur toutes les faces seulement quelques dixièmes de millimètre, de sorte que par un usinai subséquent à enlèvement de copeaux il ne se produit plus de changement essentiel des sections trans- versales.
Le fond de piston a,la partie à segments b ainsi que les coussinets c de l'axe du pied de bielle ont des sections trans-
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versales essentiellement moindres que les pistons obtenus par coulée autre que la ooulée sous pression ou au jet, ou par forgeage. Par les nervures ou ailettes d les ooussinets de l'axe du pied de bielle sont renforoés par rapport au fond du piston.Les nervures ou ailettes e servent non seulement au ren- forcement du fond du piston mais simultanément aussi à l'évacua- tion de la chaleur absorbée par le fond du piston et à sa trans- mission à la partie à segments, respectivement à l'air. La dis- position des nervures d et e partant du fond du piston vers la partie à segments est représentée avec une clarté particulière dans la figure 3.
Les nervures ou ailettes mêmes peuvent avoir une configura- tion voulue Quelconque. Sous ce rapport c'est non seulement la résistance mécanique,particulièrement le renforcement,et l'éva- cuation de la chaleur qui jouent un rôle décisif,mais en outre aussi le genre de construction le plus favorable du dispositif de coulée sous pression nécessaire.
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"LIGHT METAL PISTON OBTAINED BY THE PRESSURE OR JET CASTING PROCESS".
It is known to cast light metal pistons, in particular aluminum pistons, in shells. Most of the pistons presently in use have been made in this manner. In addition to shell casting, sand casting is also still employed, or casting only with sand cores. These known processes have been perfected over time to such an extent that they do not present any difficulties from the point of view of manufacturing flawless molded parts, although, following sections of different thicknesses, there is a danger that the cast pistons are affected by casting defects.
Even better qualities can be given to the workpiece by fabricating the piston by forging or pressing.
In this case, a previously malleable raw material is forged.
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in a friction or hydraulic press so that, in particular the part receiving the sealing rings and the bottom of the piston, have flawless heat flow sections.
One process readily used by those skilled in the art, and located between casting and forging, is the pressure or jet casting process, which is preferred over the above manufacturing processes because of its low cost. Experiences made in employing the pressure or jet casting process for the manufacture of pistons having wall sections and heat flow sections such as those exhibited by pistons obtained by casting other than under casting pressure or by jet or by forging, has so far not given satisfactory results. As a result of numerous defective spots, particularly as a result of large indentations and blowholes, or air occlusions, pistons manufactured in this manner have been found to be entirely unusable.
In the pressure or jet casting process, liquid or semi-liquid metal is introduced into a steel mold at a very high pressure, for example a few 100 atmospheres and applying a high speed. In this case, the gases contained in the metallic raw material are entrained and occluded in the workpiece. Sinks which form during the solidification of the raw material, which moreover occurs extremely rapidly, also have an extremely high overpressure internally. As a result of the high heating of the piston during operation, the occluded gases try to expand very strongly. The resulting pressure may eventually become so high that the piston is destroyed.
In practice, however, attempts have been made to attain the optimum quality of the casting element. However, this optimum quality presupposes a very specific thickness of the wall of the piston. But then we see that the flow of heat from-
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comes too low because of the small thickness of the cross sections which must be observed in this case. ' For this reason, obtaining an optimum quality of the casting element has hitherto been dispensed with in favor of a large heat flow section.
According to the present invention, the problem of manufacturing light metal pistons having optimum casting quality by applying a pressure or jet casting process is solved by the fact that the cross sections of the piston are formed. dimensioned as uniformly as possible and in such a way as to respond to both mechanical stresses and thermal stresses,
by virtue of the fact that a plurality of ribs or fins extending inside the piston serve to ensure sufficient heat dissipation from the bottom of the piston and its segmented portion. ' The ribs or fins serve usefully not only for heat dissipation but for strengthening the entire piston construction * '!
The appended drawings represent by way of nonlimiting example an embodiment of the invention.
FIG. I represents a piston in longitudinal section, transversely to the bearings of the axis of the small end.
Figure 2 shows a piston seen at right angles to the section according to Figure I:
Figure 3 shows a bottom view of the same piston:
The pistons shown in the figures are the raw castings obtained by the pressure or jet casting process. As a tolerance for the machining, only a few tenths of a millimeter have been added on all sides, so that with a subsequent chip-removal machining no major change of the cross sections takes place.
The piston bottom a, the segment part b as well as the bearings c of the connecting rod axle have cross sections.
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Versals essentially less than pistons obtained by casting other than pressure or jet flow, or by forging. By the ribs or fins d the bearings of the connecting rod pin are reinforced with respect to the bottom of the piston. The ribs or fins e serve not only to reinforce the bottom of the piston but simultaneously also to evacuate heat absorbed by the bottom of the piston and its transmission to the segment part, respectively to the air. The arrangement of the ribs d and e from the bottom of the piston towards the segmented part is shown with particular clarity in figure 3.
The ribs or fins themselves can have any desired configuration. In this respect it is not only the mechanical strength, especially the reinforcement, and the heat dissipation which play a decisive role, but also also the most favorable kind of construction of the necessary die-casting device.