CA2396043C - Improved method for making light alloy components - Google Patents
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Abstract
Description
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 IMPROVED PROCESS FOR MANUFACTURING WORKPIECES
LIGHT ALLOY
The invention relates to the technical sector of the manufacture of light alloy parts, in particular of aluminum, obtained in foundries, forging and similar processes.
Patent EP 119.365 discloses a specific process called COBAPRESS which combines -_ foundry and forging parts made of aluminum or aluminum alloys.
It is recalled that this process consists in casting aluminum or aluminum alloy in a mold and after casting, to unmold the piece still hot called preform at a temperature of the order of 400 C to 500 C, it is placed between two matrices or parts of a matrix defining an impression slightly smaller than the dimensions of the mold, which correspond to those of the. final piece, both shells or parts being strongly pressed against each other to exert on the casting preform between the die parts a combined effect of pressing at heart and surface treatment.
Furthermore, patent FR 2,778,125 discloses a method of aforementioned improved type which aims to take advantage of the preheating operation for at the same time perform the saving heat treatment operation thus on the conventional thermal treatment operation subsequent to the typing operation. Between the casting of the preform and the forging, one transfers said cast preform into a furnace ensuring the dissolution of
2 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. 2 said preform cast at the temperature of dissolution of the material constituent and then placed between the two parts of the striking matrix for the forging operation with ambient cooling, accelerated or tempered.
This improved process known as COBAPRESS 2 thus makes it possible to reduce the production time and the cost of manufacturing so significant number of parts, while achieving the same characteristics of parts compared to teaching the COBAPRESS process described in the EP 119,365.
The implementation of the aforementioned method in both versions requires routinely in forging activity to spray on the matrix forge a solution - water plus graphite in the liquid state, which aims to facilitate the creep of the material thus forged and the demolding of the piece final.
In practice, spraying the graphite solution onto the matrix of forge is an operation that, depending on the complexity of the forms of the rough final part, is relatively long and expensive, which does not allow systematically to have homogeneity of spray in the parts difficult to access the room, and finally that is very messy for the post of job.
US Pat. No. 4,683,442, which provides for the preheating the billets before applying a coating of the type graphite then the billets being forged after passing through a drying installation.
3 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, 3 The aim of the invention was therefore to ensure COBAPRESS initial process optimization of cast-forged alloy lightweight.
Patent JP 6005433 also discloses billet forging with use of a graphite coating.
In view of all of the aforementioned prior art, the applicant has attempted to optimize the COBAPRESS process as defined by the patents aforementioned.
A first step was to focus on improving conditions for depositing graphite in the forging die by spraying the graphite solution on the forge matrix, with a better control of distribution using robots. In practice, this This solution is unsatisfactory because it still requires intervention of man, and the environmental costs and problems are still there.
The applicant's approach was therefore unexpectedly oriented on another possibility which is inserted between the two main phases of casting and forging, possibility that offers all the guarantees in a homogeneous distribution of the graphite solution on the preform, and which at surplus brings interesting particular characteristics, in particular improving the productivity of the process.
According to a first characteristic, the manufacturing process of light alloy parts is of the type implementing the following phases:
casting of the preform at a temperature of the order of 250 to 500 C,
4 - 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 ;
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 5a 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.
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.
WO 01/49434 transfer of the heated preform into a matrix defining a footprint slightly smaller than the mold, both parts of the matrix being pressed against each other to exert effort forging, stamping the final blank, .- cooling of the blank at room temperature, the characterized in that after casting the heated preform and before the transfer of the preform into a forge die, said preform, at the end of casting temperature is transferred and immersed totally in a coated graphite tray, to allow the deposition of the graphite solution on the preform, then out of the tank, the temperature of the preform allowing the natural evaporation of the water of so that the preform is covered in a homogeneous manner with graphite.
So we do not need to put the piece back to heat coating material or having a system for evaporating the water, this one being natural.
According to another feature, the improved method of manufacturing of light alloy parts is of the type implementing the following phases:
casting preform at a temperature of the order of 250 to 500 ° C .;
transfer of the cast preform obtained in an oven ensuring the dissolving said casting preform at the setting temperature solution of the constituent material;
- Transfer of the preform dissolved in the oven outlet in a matrix defining a footprint of slightly smaller dimensions than those of the mold, the parts of the die being pressed against each other to exert the effort of forging, stamping the final piece;
j cooling of the raw part obtained at ambient temperature, accelerated or tempered, the method being characterized in that, after casting of the heated preform and before transfer into the tunnel furnace, said preform, at the end of casting temperature, is transferred and immersed totally in. a tray for coating by coating, to allow the deposition of the graphite solution on the preform, then out of the tank, at this stage, the temperature of the preform and that of the upstream process allowing the natural evaporation of the water, so that the preform is homogeneously covered with graphite, said preform being then reheating in the tunnel furnace ensuring temperature homogenization of the graphite preform.
These and other features will emerge from the description.
According to one aspect of the invention, there is a method of manufacturing parts in light alloy, the method comprising:
pouring a preform at a temperature of the order of 250 to 500 C;
transfer of the preform into a matrix defining an imprint of dimensions slightly smaller than that of a mold, the parts of a forge die, being pressed against each other to exert forging, forging a final gross piece; and cooling of the blank at room temperature, where after casting of = the heated preform and before the transfer of the preform into the matrix of wrought, said preform, at the end of casting temperature, is transferred and immersed totally in a coating box for coating, to allow the deposit 5a of a graphite solution on the preform then at the outlet of the tank, the temperature of the preform allowing the natural evaporation of the water so that the preform is covered in a homogeneous manner with graphite.
According to another aspect of the invention, there is an improved method of manufacturing light alloy parts, the method comprising:
pouring preform at a temperature of the order of 250 to 500 C;
transfer of the casting preform obtained in a furnace ensuring the implementation solution of said preform cast at the temperature of dissolution of the material constituent;
transfer of the preform dissolved in the oven outlet in a matrix defining a footprint with dimensions slightly smaller than those of a mold, the two parts of the die being pressed against each other for exert the effort of forging, stamping the final piece; and cooling of the raw material obtained at room temperature, accelerated or soaked, where after casting of the preform and before transfer into the oven, said preform, at the end of the pouring temperature, is transferred and immersed completely in a trough for coating by coating, to allow the deposit of a graphite solution sure the preform then at the outlet of the tank, the temperature of the preform and that of the process upstream allowing the natural evaporation of the water, it is dried, so that the preform is covered homogeneously with graphite, said preform being transferred into the furnace ensuring the dissolution of the preform.
Graphite.
To fix the object of the invention illustrated in a nonlimiting manner to the figures of the drawing where Figure 1 represents the diagram of implementation of the process according to the invention.
5b The process for manufacturing light alloy parts according to the invention requires an installation with five successive specific areas covering the different steps of the process.
The first zone (Z1) corresponds to the casting of the light alloy in a mold (1) for obtaining a preform (2) under the conditions previously recalled.
WO 01/4943
5 PCT/FROO/03703 5 PCT / FROO / 03703
6 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 6 The second zone (Z2) corresponds to the transfer of the preform (2) heated in a tank (3) for immersion and graphite by coating the preform (2). The bath is a solution of graphite and water.
Adjacent to the tray for coating by coating, or in its upper plane, is provided a phase (Z3) drying of the preformed part out of the bath.
The following zone (Z4) corresponds to the transfer of the preform dried graphite in the tunnel furnace (4) for homogenization in temperature. The following zone (Z5) corresponds to the exit of the tunnel kiln the preform to be then forged in a die (5) which is the subject less and faster lubrication limited to the burr cord the conditions mentioned above, then cooled to temperature ambient or accelerated or tempered.
The optimized process according to the invention appears to give the parts thus treated specific advantages.
The advantages of the optimized method of the invention are numerous.
We take advantage of the temperature of the preform to allow the graphite to hang on the preform and then to the water to evaporate before following operations
7 - 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. 7 - a more refined surface quality of the room thanks to a homogenization of the graphite solution deposit which has an influence on the rupture test conditions;
- better resistance in fatigue test;
- increased durability of striking tools - an improvement of the environment;
- a productivity gain;
- Less and less complex human formation, which is important compared to the recruitment of skilled labor, which is always Difficult or simpler automation;
- at the time of temperature homogenization in the tunnel furnace for homogenization in temperature, the black color coming from the graphite bath allows for better storage of calories and thus to improve the structural and mechanical characteristics of the part;
- In addition, a shade of color could meet a need for aesthetics and colors. Greater discretion for security features and especially suspension - chassis to avoid the effect of shine under visible bodywork by adjacent drivers to the vehicle concerned.
The benefits are so many. The process is optimized according to invention and brings unexpected and recent improvements that warrant His development.
Claims (4)
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 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. 1. Process for manufacturing light alloy parts, the process comprising:
casting of a preform at a temperature of the order of 250° to 500°C;
transfer of the preform into a die defining an imprint of dimensions slightly smaller than that of a mould, the parts of a forge die, being pressed against each other to exert the force of forging, stamping one piece final gross; and cooling of the raw part to ambient temperature, where after casting the heated preform and before transferring the preform in the forging die, said preform, at the end of casting temperature is transferred and totally immersed in tray for graphite coating by coating, to allow the deposition of a solution graphite on the preform then at the tank outlet, the temperature of the preform allowing evaporation natural water so that the preform is covered in a way homogeneous of graphite.
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. 2. Perfected process for manufacturing light alloy parts, the process including:
preform casting at a temperature of the order of 250° to 500°C;
transfer of the cast preform obtained into a furnace ensuring the setting solution of said preform cast at the solution temperature of the material constituent;
transfer of the dissolved preform at the outlet of the oven into a die defining an impression of dimensions slightly smaller than those of a mould, the two parts of the matrix being pressed against each other to exert the effort of forging of stamping of the final blank; and cooling of the raw part obtained to ambient temperature, by accelerated or soaked, where after casting the preform and before transfer to the oven, said preform to temperature at the end of casting, is transferred and completely immersed in a tray for graphite coating, to allow the deposition of a graphite solution on the preform then at the tank outlet, the temperature of the preform and that of the process in upstream allowing the natural evaporation of water, it is dried, so that the preform is homogeneously coated with graphite, said preform being transferred to the furnace ensuring the dissolution of the graphite preform.
une première zone correspondant à la coulée de l'alliage dans un moule permettant l'obtention d'une préforme;
une seconde zone correspondant au transfert de la préforme dans un bac par immersion et graphitage par enduction de la préforme;
une étape de séchage de la pièce préformée hors du bain graphité se trouvant dans le bac;
une quatrième zone de transfert de la préforme séchée dans un four tunnel avec homogénisation en température; et une cinquième zone correspondant à la sortie du four tunnel de la préforme pour être forgée dans une matrice puis refroidie à température ambiante ou accélérée ou trempée. 4. Installation for implementing the method according to any one of claims 1 to 3, where it comprises 5 successive zones, namely:
a first zone corresponding to the casting of the alloy in a mold allowing obtaining a preform;
a second zone corresponding to the transfer of the preform into a tank by immersion and graphite coating the preform;
a step of drying the preformed part out of the graphite bath located in the bin;
a fourth zone for transferring the dried preform into a tunnel oven with temperature homogenization; and a fifth zone corresponding to the exit from the tunnel oven of the preform to be forged in a die then cooled to room temperature or accelerated or soaked.
Applications Claiming Priority (3)
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