CA3025976A1 - Method for manufacturing a part consisting at least partially of a metal alloy, and optimisation method - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE DE FABRICATION D'UNE PIECE CONSTITUEE AU MOINS
PARTIELLEMENT D'UN ALLIAGE METALLIQUE, ET METHODE D'OPTIMISATION
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce constituée au moins partiellement d'un alliage métallique. L'invention concerne également une méthode d'optimisation d'une pièce.
Le domaine de l'invention est celui de la fabrication de pièces constituées entièrement ou partiellement d'un alliage métallique (ferreux ou non ferreux), ladite fabrication incluant deux opérations successives de fonderie puis de forgeage.
Saint-Jean Industries développe le procédé COBAPRESS (marque déposée) pour l'aluminium et ses alliages depuis plus de 30 ans. Cette technologie consiste à forger une préforme de fonderie en une seule opération de forgeage, comme décrit notamment dans les documents EP0119365, EP0586314 et EP2877353.
Le procédé COBAPRESS s'est révélé très performant pour des applications de liaisons au sol chez la plupart des constructeurs automobiles. En pratique, ce procédé
permet une amélioration notable des caractéristiques mécaniques et notamment de la tenue en fatigue par rapport à la fonderie classique. D'autre part, ce procédé
est compétitif par rapport à la forge en termes de coûts et de complexité
géométrique réalisable.
EP0586314 décrit le positionnement d'inserts dans une préforme de fonderie, puis la frappe de la préforme pour obtenir la pièce finale. Les inserts sont intégrés de manière fixe et à demeure par déformation de la matière, définissant ainsi des zones de renforcement locales. Les inserts sont formés à part, puis rapportés sur le corps de la pièce constitué par la préforme, ce que la présente invention vise à éviter.
Aujourd'hui l'allégement des structures, dans les domaines automobile, aéronautique et industriel, est une nécessité liée à l'évolution des normes sécuritaires, environnementales et autres.
Les objectifs de poids des structures sont en perpétuelle diminution, avec une augmentation de leurs sollicitations et un objectif de coût compatible avec le marché. Ces contraintes conduisent aujourd'hui dans la majorité des cas à un compromis en termes de choix de matériaux, process, poids et coûts. METHOD FOR MANUFACTURING A PIECE CONSISTING OF AT LEAST
PARTIALLY OF A METAL ALLOY, AND METHOD OF OPTIMIZATION
The present invention relates to a method of manufacturing a part incorporated at least partially of a metal alloy. The invention also relates to a method of optimizing a part.
The field of the invention is that of the manufacture of parts made wholly or partly of a metal alloy (ferrous or non-ferrous), said manufacturing including two successive operations of foundry and forging.
Saint-Jean Industries develops the COBAPRESS process (registered trademark) for aluminum and its alloys for over 30 years. This technology consists to forge a foundry preform in a single forging operation, as described especially in EP0119365, EP0586314 and EP2877353.
The COBAPRESS process has proven to be very efficient for ground connections at most car manufacturers. In practice, this process allows a significant improvement of the mechanical characteristics and in particular of the fatigue resistance compared to conventional foundry. On the other hand, this process is competitive with the forge in terms of cost and complexity geometric feasible.
EP0586314 describes the positioning of inserts in a foundry preform, then the striking of the preform to get the final piece. The inserts are integrated way fixed and permanent by deformation of the material, thus defining zones of local reinforcement. The inserts are formed separately, then reported on the body of the piece constituted by the preform, which the present invention aims to avoid.
Today the relief of structures, in the automotive fields, aeronautics and industry, is a necessity linked to changing standards safe, environmental and other.
The weight objectives of the structures are constantly decreasing, with a increased solicitations and a cost objective compatible with the walk. These In the majority of cases today, the constraints lead to a compromise in terms of choice of materials, process, weight and costs.
2 A titre d'exemple, si une zone particulière de la pièce est soumise à de fortes contraintes, la matière de cette pièce au global va être pilotée par cette zone et induire des coûts élevés liés au choix de cette matière.
Le but de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication amélioré.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une pièce constituée au moins partiellement d'un alliage métallique, le procédé
comprenant une étape de fabrication métallurgique ai) consistant à fabriquer le corps de la pièce, caractérisé en ce que le procédé comprend ensuite une étape de renfort a2) consistant à
former un renforcement local sur le corps, dans une zone sous contrainte de la pièce.
Ainsi, l'invention permet d'améliorer localement les caractéristiques mécaniques de la pièce, par exemple sa résistance à la fatigue ou sa dureté, tout en gardant une masse de la pièce renforcée la plus faible possible et sans utiliser de pièce rapportée. En alternative ou en complément, l'invention peut permettre de réduire localement une section de la pièce, et ainsi gagner en encombrement. En outre, l'invention peut permettre d'améliorer les performances globales de la pièce, par exemple sa raideur.
Selon un premier mode de réalisation, l'étape de fabrication métallurgique al) comprend une opération de fonderie ail) consistant à fabriquer une préforme de fonderie, puis une opération de forgeage a12) consistant à forger la préforme de fonderie pour obtenir le corps de la pièce. Cette étape de fabrication métallurgique ai) correspond à la mise en oeuvre du procédé COBAPRESS.
Selon un deuxième mode de réalisation, l'étape de fabrication métallurgique al) comprend une opération de fonderie ail) consistant à fabriquer le corps de la pièce.
Cette opération de fonderie ail) n'est pas suivie par une opération de forgeage a12).
Selon un troisième mode de réalisation, l'étape de fabrication métallurgique ai) comprend une opération de forgeage a12) consistant à fabriquer le corps de la pièce.
Cette opération de forgeage a12) n'est pas précédée par une opération de fonderie ail). 2 For example, if a particular area of the room is subject to strong constraints, the material of this piece overall will be driven by this zone and induce high costs related to the choice of this material.
The object of the present invention is to propose a manufacturing method improved.
For this purpose, the subject of the invention is a method for manufacturing a part formed at least partially of a metal alloy, the method including a metallurgical manufacturing step ai) of manufacturing the body of the room, characterized in that the method then comprises a reinforcing step a2) consists in to form a local reinforcement on the body, in a zone under stress of the room.
Thus, the invention makes it possible to improve the characteristics locally.
mechanical of the piece, for example its resistance to fatigue or its hardness, while keeping a mass of the reinforced part as low as possible and without using a part reported. In alternative or in addition, the invention may make it possible to reduce locally a section of the room, and thus gain space. In addition, the invention may allow to improve the overall performance of the part, for example its stiffness.
According to a first embodiment, the metallurgical manufacturing step comprises a casting operation garlic) of manufacturing a preform of foundry, then a forging operation a12) of forging the preform Foundry to get the body of the room. This metallurgical manufacturing step ai) corresponds to the implementation of the COBAPRESS process.
According to a second embodiment, the metallurgical manufacturing step al) includes a smelting operation garlic) consisting of manufacturing the body of the room.
This garlic smelting operation is not followed by a forging a12).
According to a third embodiment, the metallurgical manufacturing step have) comprises a forging operation a12) of manufacturing the body of the room.
This forging operation a12) is not preceded by an operation of foundry garlic).
3 L'invention a également pour objet une méthode d'optimisation de la conception d'une pièce existante, comprenant un corps en alliage métallique, la méthode d'optimisation comprenant les phases successives suivantes :
bl ) identifier une zone sous contrainte de la pièce existante, par exemple par simulation numérique ;
b2) définir une pièce optimisée comprenant un corps modifié, en prévoyant au moins un renforcement local formé sur le corps dans la zone sous contrainte ;
b3) définir des outillages de fabrication métallurgique conformes au corps de la pièce optimisée ;
b4) fabriquer le corps de la pièce optimisée avec les outillages ;
b5) former le renforcement local directement sur le corps, dans la zone sous contrainte de la pièce optimisée.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention, prises isolément ou en combinaison :
- La pièce est une pièce de structure pour automobile (notamment une pièce de liaison au sol de type pivot, bras de direction, bras de suspension, une pièce de structure de type berceau...), aéronautique, équipement industriel ou dispositif médical.
- Le renforcement local a une surface disposée au moins à 50% en contact avec le corps de la pièce.
- Le renforcement local épouse sensiblement le corps de la pièce.
- Plusieurs renforcements locaux sont formés sur le corps, dans une ou plusieurs zones sous contrainte de la pièce.
- Le procédé comprend une étape de préparation de surface de la zone à
renforcer, entre l'étape de fabrication métallurgique ai) et l'étape de renfort a2).
- Le procédé comprend une étape de finition de la pièce dans la zone renforcée, après l'étape de renfort a2).
- Le procédé comprend une étape de traitement de surface, appliqué au moins sur une partie du corps, entre les étapes ai) et a2).
- Le procédé comprend une étape de traitement de surface, appliqué au moins sur une partie de la pièce, après l'étape a2).
- Le corps et le renforcement local sont constitués de différents alliages métalliques.
- Le corps est constitué d'un alliage métallique, tandis que le renforcement local est constitué d'un matériau composite. 3 The invention also relates to a design optimization method of an existing part, comprising a metal alloy body, the method optimization method comprising the following successive phases:
bl) identify a constrained area of the existing part, for example by simulation digital;
b2) defining an optimized part comprising a modified body, providing for minus one local reinforcement formed on the body in the area under stress;
(b3) defining metallurgical fabrication tools conforming to the body of the room optimized;
b4) manufacture the body of the optimized part with the tools;
b5) form the local reinforcement directly on the body, in the zone under constraint of the optimized part.
According to other advantageous features of the invention, taken separately or in combination:
- The part is a piece of structure for automobile (in particular a piece of pivot-type ground connection, steering arm, suspension arm, one-piece of cradle type structure ...), aeronautics, industrial equipment or device medical.
- The local reinforcement has a surface arranged at least 50% in contact with the body of the room.
- The local reinforcement substantially marries the body of the room.
- Several local reinforcements are formed on the body, in one or many areas under stress of the room.
The process comprises a step of surface preparation of the zone to be to reinforce, between the metallurgical manufacturing step ai) and the reinforcing step a2).
- The method comprises a step of finishing the workpiece in the area reinforced, after the reinforcing step a2).
- The method comprises a surface treatment step, applied at least sure part of the body, between steps a1) and a2).
- The method comprises a surface treatment step, applied at least sure part of the room after step a2).
- The body and the local reinforcement consist of different alloys metal.
- The body is made of a metal alloy, while the local reinforcement is made of a composite material.
4 - Le corps est constitué d'un alliage métallique, tandis que le renforcement local est constitué d'un matériau céramique.
- Le renforcement local est formé par pulvérisation à froid.
- Le renforcement local est formé par oxydation micro-arc.
- Le renforcement local est formé par collage d'un ensemble composite prenant sa forme finale sur le corps de la pièce.
- Le renforcement local est formé par cuisson d'une résine.
- Le renforcement local est formé par fabrication additive.
- Le renforcement local est substitué à une portion d'origine du corps de la pièce existante.
- Le renforcement local est substitué à un insert emmanché, surmoulé ou pressé sur le corps de la pièce existante.
- La pièce optimisée présente sensiblement les mêmes dimensions que la pièce existante.
- La pièce optimisée présente des dimensions localement réduites par rapport à la pièce existante.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue de dessus d'une pièce conforme à l'état de la technique, comprenant un corps en alliage métallique, fabriqué suivant une opération de fonderie puis une opération de forgeage ;
- la figure 2 est une vue de côté de la pièce de la figure 1 ;
- les figures 3 et 4 sont des vues analogues aux figures 1 et 2, illustrant une méthode d'optimisation de la conception de la pièce ;
- les figures 5 et 6 sont des vues analogues aux figures 1 et 2, montrant une pièce optimisée conforme à l'invention, comprenant des renforcements locaux formés sur le corps dans des zones sous contrainte ;
- la figure 7 est une coupe selon la ligne Vil-Vil à la figure 6 ; et - les figures 8 à 12 sont des vues analogues aux figures 3 à 7, montrant un deuxième mode de réalisation d'une pièce optimisée conforme à l'invention.
Sur les figures 1 à 4 est représentée une pièce 10, comprenant un corps monobloc 11 et un insert tubulaire 18 emmanché dans le corps 11. A titre d'exemple, la pièce 10 est une pièce de liaison au sol de véhicule automobile.
Le corps 11 est réalisé en alliage métallique, par exemple en alliage d'aluminium, suivant deux opérations successives de fonderie puis de forgeage. Le corps 11 comprend une partie principale 12, une partie d'extrémité 13, et une partie allongée 14 reliant les parties 12 et 13. Deux ouvertures 15 et 16 traversantes sont ménagées dans la partie 12. 4 - The body is made of a metal alloy, while the local reinforcement is made of a ceramic material.
- The local reinforcement is formed by cold spraying.
- The local reinforcement is formed by micro-arc oxidation.
- Local reinforcement is formed by bonding a composite assembly taking his final shape on the body of the room.
- The local reinforcement is formed by baking a resin.
- Local reinforcement is formed by additive manufacturing.
- The local reinforcement is substituted for an original portion of the body of the room existing.
- The local reinforcement is substituted for an insert fitted, overmolded or pressed on the body of the existing room.
- The optimized part has substantially the same dimensions as the room existing.
- The optimized part has dimensions locally reduced by report to the existing room.
The invention will be better understood on reading the description which follows, given only as a non-limitative example and made with reference to drawings annexed in which:
FIG. 1 is a view from above of a part conforming to the state of the technical, comprising a metal alloy body manufactured in accordance with a foundry and then a forging operation;
- Figure 2 is a side view of the part of Figure 1;
FIGS. 3 and 4 are views similar to FIGS. 1 and 2, illustrating a method of optimizing the design of the part;
FIGS. 5 and 6 are views similar to FIGS. 1 and 2, showing a piece optimized according to the invention, comprising formed local reinforcements on the body in areas under stress;
- Figure 7 is a section along line Vil-Vil in Figure 6; and FIGS. 8 to 12 are views similar to FIGS. 3 to 7, showing a second embodiment of an optimized part according to the invention.
In Figures 1 to 4 is shown a part 10, comprising a body monoblock 11 and a tubular insert 18 fitted into the body 11. For example, the Room 10 is a connecting part of the ground of a motor vehicle.
The body 11 is made of metal alloy, for example alloy aluminum, following two successive operations of foundry and forging. The body 11 comprises a main portion 12, an end portion 13, and an elongate portion 14 connecting the parts 12 and 13. Two openings 15 and 16 through are formed in the part 12.
5 L'ouverture 15 a une section sensiblement rectangulaire, tandis que l'ouverture 16 a une section circulaire.
L'insert 18 est réalisé en alliage métallique, par exemple en acier, puis emmanché, surmoulé ou pressé (notamment par COBAPRESS) dans l'ouverture 16 formée dans le corps 11. L'insert 18 assure différentes fonctions entre le corps 11 et un élément non représenté disposé à travers l'ouverture 16 : liaison thermique, résistance à
la friction, lubrification, etc.
Sur les figures 3 et 4 sont mises en évidence des zones sous contrainte Z4, Z5 et Z6 de la pièce 10, correspondant respectivement aux éléments 14, 15 et 16.
Dans le cadre de la présente invention, une zone sous contrainte de la pièce est définie comme étant une zone soumise à d'importantes contraintes mécaniques, thermiques, de frottement et/ou d'abrasion lorsque la pièce 10 est en service.
Ces contraintes sont dites importantes, dans la mesure où elles nécessitent une attention particulière pour préserver l'intégrité de la pièce en fonctionnement, du fait de son environnement (système mécanique auquel la pièce est intégrée, facteurs externes, etc).
A titre d'exemples :
- les contraintes mécaniques peuvent être causées par des forces de flexion, torsion, traction et/ou compression subies par cette zone ;
- les contraintes thermiques peuvent être causées par une augmentation locale de température, permanente ou temporaire, subies par cette zone ;
- les contraintes de frottement peuvent être causées par un câble électrique qui s'étend le long de la pièce et est susceptible de venir frotter contre la surface de la pièce dans cette zone ;
- les contraintes d'abrasion peuvent être causées par une projection de matériaux, depuis le sol sur lequel circule l'automobile équipée de la pièce, dans cette zone.
En pratique, les zones Z4, Z5 et Z6 de la pièce 10 ne sont pas soumises aux mêmes contraintes en service.
Dans la zone Z4, on cherche à alléger la partie 14, réalisée en alliage métallique, sans diminuer ses performances mécaniques. A cet effet, une portion 140 externe de cette partie 14 peut être remplacée par un matériau composite. The opening 15 has a substantially rectangular section, while the opening 16 has a circular section.
The insert 18 is made of metal alloy, for example steel, then pushed, overmolded or pressed (in particular by COBAPRESS) in the opening 16 formed in the 11. The insert 18 provides different functions between the body 11 and a non shown disposed through the opening 16: thermal bond, resistance to friction, lubrication, etc.
Figures 3 and 4 show zones under stress Z4, Z5 and Z6 of the part 10, respectively corresponding to the elements 14, 15 and 16.
In the context of the present invention, a zone under stress of the part is defined as an area subject to significant constraints mechanical, thermal, friction and / or abrasion when the part 10 is in use.
These These constraints are important because they require Warning particular to preserve the integrity of the part in operation, because of the of his environment (mechanical system in which the room is integrated, factors external, etc.).
As examples:
- the mechanical stresses can be caused by forces of bending, twisting, traction and / or compression experienced by this area;
- thermal stress can be caused by an increase local temperature, permanent or temporary, experienced by this area;
- frictional stresses can be caused by a cable extending electric along the room and is likely to come rub against the surface of the room in this zone ;
- the abrasion constraints can be caused by a projection of materials, from the ground on which the car equipped with the room runs, in this zoned.
In practice, zones Z4, Z5 and Z6 of part 10 are not subject to the same constraints in service.
In zone Z4, we try to lighten part 14, made of alloy metallic, without reducing its mechanical performance. For this purpose, a portion 140 external of this part 14 can be replaced by a composite material.
6 Dans la zone Z5, on cherche à améliorer la résistance de la pièce 10 au niveau de l'ouverture 15, sans modifier le matériau constitutif du corps 11. A cet effet, une portion 150 située autour de l'ouverture 15 peut être remplacée par un alliage métallique plus résistant que celui du corps 11.
Dans la zone Z6, on cherche à alléger la partie 12 sans diminuer les performances de la pièce 10 au niveau de l'ouverture 16. A cet effet, l'insert 18 en acier peut être remplacé par un revêtement formé dans l'ouverture 16, par projection à froid d'une poudre comprenant des particules métalliques (alliages d'aluminium, de cuivre, de cobalt, de nickel, de molybdène, d'aluminium quasi-cristaux Al-QC...).
Bien entendu, d'autres solutions peuvent être retenues en fonction du cahier des charges à respecter.
Sur les figures 5 à 7 est montrée une pièce 20 conforme à l'invention. La pièce 20 est une version optimisée de la pièce 10 montrée aux figures 1 à 4. La pièce 20 a une fonction et des dimensions similaires à la pièce 10.
Certains éléments constitutifs de la pièce 20 sont comparables à ceux de la pièce 10 décrite plus haut et, dans un but de simplification, portent les mêmes références numériques. D'autres éléments constitutifs de la pièce 20 présentent des différences avec la pièce 10 et portent des références numériques augmentées de dix.
La pièce 20 comprend un corps 21, ainsi que différents renforcements locaux 40, 50 et 60 formés directement sur le corps 21, respectivement dans les zones Z4, Z5 et Z6 de la pièce 10.
Comme mentionné précédemment, ces zones Z4, Z5 et Z6 ne sont pas soumises aux mêmes contraintes en service. Dans ces conditions, le choix des matériaux constitutifs du corps 21 et des renforcements locaux 40, 50 et 60 est un compromis en termes de performances, poids et coûts.
Le corps 21 est réalisé en alliage métallique, par exemple en alliage d'aluminium, suivant deux opérations successives de fonderie puis de forgeage. Le corps 21 comprend une partie principale 22, une partie d'extrémité 13, et une partie allongée 24 reliant les parties 22 et 13. Deux ouvertures 15 et 16 traversantes sont ménagées dans la partie 22.
Dans la zone Z4, le corps 21 comprend une partie allongée 24 pourvue d'un renforcement local 40. La partie 24 est réalisée en alliage métallique, tandis que le renforcement 40 est réalisé en matériau composite. Par exemple, le renforcement 40 est formé par des nappes de fibres carbone, de verre ou thermoplastique (notamment poly(p-phénylènetéréphtalamide, connu sous la marque Kevlar), pré-enduites de résine, présentant un état quasi-fini. Le renforcement 40 se présente sous forme d'un élément 6 In zone Z5, we try to improve the resistance of the piece 10 at the level of the opening 15, without modifying the material constituting the body 11. At this indeed, a portion 150 located around the opening 15 may be replaced by an alloy metallic more resistant than that of the body 11.
In zone Z6, we try to lighten part 12 without reducing the performances of the piece 10 at the opening 16. For this purpose, the insert 18 steel may be replaced by a coating formed in the opening 16, by cold spraying a powder metal particles (aluminum alloys, copper alloys, cobalt, of nickel, molybdenum, aluminum quasicrystals Al-QC ...).
Of course, other solutions can be selected depending on the notebook of the charges to be respected.
In Figures 5 to 7 is shown a part 20 according to the invention. The piece 20 is an optimized version of the part 10 shown in FIGS.
20 has a function and dimensions similar to the piece 10.
Some constituent elements of Exhibit 20 are comparable to those of room 10 described above and, for the purpose of simplification, bear the same references digital. Other constituent elements of the piece 20 exhibit differences with Exhibit 10 and have numerical references increased by ten.
The part 20 comprises a body 21, as well as various local reinforcements 50 and 60 formed directly on the body 21, respectively in zones Z4, Z5 and Z6 of the room 10.
As mentioned previously, these zones Z4, Z5 and Z6 are not subject the same constraints in service. In these conditions, the choice of materials constituting the body 21 and the local reinforcements 40, 50 and 60 is a compromise in terms of performance, weight and costs.
The body 21 is made of a metal alloy, for example an alloy aluminum, following two successive operations of foundry and forging. The body 21 comprises a main portion 22, an end portion 13, and an elongate portion 24 connecting the parts 22 and 13. Two openings 15 and 16 through are formed in the part 22.
In the zone Z4, the body 21 comprises an elongate portion 24 provided with a local reinforcement 40. Part 24 is made of metal alloy, while that the reinforcement 40 is made of composite material. For example, the reinforcement 40 is formed by sheets of carbon, glass or thermoplastic fibers (in particular poly (p-phenylene terephthalamide, known under the trademark Kevlar), pre-coated with resin, presenting a quasi-finished state. The reinforcement 40 is in the form of a element
7 composite collé sur le corps 21 et prenant sa forme finale directement sur le corps 21. Le renforcement 40 est substitué à la portion 140 du corps 11, de sorte que les parties 14 et 24 présentent sensiblement les mêmes dimensions. Le renforcement 40 permet d'alléger la pièce 20 dans la zone Z4, sans diminuer ses performances mécaniques.
Dans la zone Z5, un renforcement 50 est substitué à la portion 150 du corps 11.
L'ouverture 15 est formée à travers ce renforcement 50, dans la partie 22.
L'ouverture 15 présente les mêmes dimensions pour les pièces 10 et 20. Le renforcement 50 est réalisé
en alliage métallique plus résistant que celui du corps 11, par exemple par pulvérisation à
froid. La résistance de la pièce 20 est améliorée au niveau de l'ouverture 15 par rapport à
la pièce 10, sans modifier le matériau du corps 21 par rapport au corps 11.
Dans la zone Z6, l'insert 18 est remplacé par un revêtement 60 formé par projection à froid dans l'ouverture 16. Le revêtement 60 permet d'alléger la partie 22 de la pièce 20, sans diminuer ses performances au niveau de l'ouverture 16.
Le corps 21 constitue l'essentiel du volume de la pièce, en comparaison avec les renforcements 40, 50 et 60.
Sur les figures 8 et 9 est représentée une variante de la pièce 10 des figures 3 et 4. Dans cette variante sont mises en évidence les zones sous contrainte Z4 et Z6 de la pièce 10, correspondant respectivement aux éléments 14 et 16. Dans la zone Z4, deux portions 141 et 142 externes de la partie 14 peut être remplacée par un matériau composite. Dans la zone Z6, l'insert 18 en acier peut être remplacé par un revêtement formé par projection à froid dans l'ouverture 16.
Sur les figures 10 à 12 est montrée une pièce 30 conforme à l'invention. La pièce 30 est une version optimisée de la pièce 10 montrée aux figures 8 et 9. La pièce 30 a une fonction et des dimensions similaires à la pièce 10.
Certains éléments constitutifs de la pièce 30 sont comparables à ceux de la pièce 10 décrite plus haut et, dans un but de simplification, portent les mêmes références numériques. D'autres éléments constitutifs de la pièce 30 présentent des différences avec la pièce 10 et portent des références numériques augmentées de dix.
La pièce 30 comprend un corps 31, ainsi que différents renforcements locaux 41, 42 et 60 formés directement sur le corps 31.
Le corps 31 est réalisé en alliage métallique, par exemple en alliage d'aluminium, suivant deux opérations successives de fonderie puis de forgeage. Le corps 31 comprend une partie principale 12, une partie d'extrémité 13, et une partie allongée 34 reliant les parties 32 et 13. Deux ouvertures 15 et 16 traversantes sont ménagées dans la partie 12. 7 composite bonded to the body 21 and taking its final form directly on the body 21. The reinforcement 40 is substituted for the portion 140 of the body 11, so that the parts 14 and 24 have substantially the same dimensions. Reinforcement 40 allows ease the piece 20 in the zone Z4, without reducing its mechanical performance.
In zone Z5, a reinforcement 50 is substituted for the portion 150 of the body 11.
The opening 15 is formed through this reinforcement 50, in the part 22.
The opening 15 has the same dimensions for parts 10 and 20. The reinforcement 50 is realized metal alloy stronger than that of the body 11, for example by spray to cold. The resistance of the piece 20 is improved at the opening 15 compared to the piece 10, without modifying the material of the body 21 with respect to the body 11.
In the zone Z6, the insert 18 is replaced by a coating 60 formed by cold projection in the opening 16. The coating 60 makes it possible to lighten the part 22 of the piece 20, without reducing its performance at the opening 16.
The body 21 constitutes the bulk of the volume of the part, in comparison with the reinforcements 40, 50 and 60.
Figures 8 and 9 show a variant of the part 10 of the figures 3 and 4. In this variant, the zones under stress Z4 are highlighted and Z6 of the part 10, respectively corresponding to the elements 14 and 16. In zone Z4, two portions 141 and 142 of Part 14 may be replaced by a material composite. In zone Z6, the steel insert 18 can be replaced by a coating formed by cold spraying in the opening 16.
In Figures 10 to 12 is shown a part 30 according to the invention. The room 30 is an optimized version of the part 10 shown in FIGS. 8 and 9.
piece 30 has a function and dimensions similar to the piece 10.
Some constituent elements of part 30 are comparable to those of room 10 described above and, for the purpose of simplification, bear the same references digital. Other constituent elements of the piece 30 exhibit differences with Exhibit 10 and have numerical references increased by ten.
The part 30 comprises a body 31, as well as various local reinforcements 42 and 60 formed directly on the body 31.
The body 31 is made of a metal alloy, for example an alloy aluminum, following two successive operations of foundry and forging. The body 31 comprises a main portion 12, an end portion 13, and an elongate portion 34 connecting the parts 32 and 13. Two openings 15 and 16 through are formed in the part 12.
8 Dans la zone Z4, le corps 31 comprend une partie allongée 34 pourvue des deux renforcements locaux 41 et 42. La partie 34 est réalisée en alliage métallique, tandis que les renforcements 41 et 42 sont réalisés en matériau composite. Les renforcements 41 et 42 sont substitués respectivement aux portions 141 et 142 du corps 11, de sorte que les parties 14 et 34 présentent sensiblement les mêmes dimensions. Les renforcements 41 et 42 permettent d'alléger la pièce 30 dans la zone Z4, sans diminuer ses performances mécaniques.
Dans la zone Z6, l'insert 18 est remplacé par le revêtement 60 formé par projection à froid dans l'ouverture 16. Le revêtement 60 permet d'alléger la partie 22 de la pièce 20, sans diminuer ses performances au niveau de l'ouverture 16.
Par ailleurs, la pièce 10 /20 / 30 peut être conformée différemment des figures 1 à
12 sans sortir du cadre de l'invention.
Sur les exemples des figures 5 à 7 et 10 à 12, chacun des renforcements 40 /
42 / 50 / 60 épouse le corps 21 / 31 de la pièce 20 / 30. Autrement dit, chacun des renforcements 40 / 41 / 42 / 50 / 60 a une surface entièrement disposée au contact du corps 21 /31.
En variante non représentée, la surface du renforcement en contact avec le corps peut être disposée au moins à 50% en contact avec le corps (et jusqu'à 100%).
De préférence, la surface du renforcement est disposée au moins à 90% en contact avec le corps.
Quel que soit le mode de réalisation de l'invention, la pièce 20 / 30 est constituée au moins partiellement d'un alliage métallique et comprend :
- un corps 21 / 31 en alliage métallique, fabriqué suivant une étape de fabrication métallurgique ai) ; et - au moins un renforcement local formé directement sur le corps 21 / 31, dans une zone sous contrainte de la pièce 20 / 30, lors d'une étape de renfort a2) postérieure à
l'étape de fabrication métallurgique ai).
Le corps 21 / 31 constitue l'essentiel du volume de la pièce 20 / 30, en comparaison avec les renforcements. Le corps 21 / 31 est susceptible de constituer une pièce fonctionnelle à lui seul, tandis que les renforcements permettent d'améliorer localement les caractéristiques de cette pièce. Chaque renforcement présente un volume inférieur à 20% du volume du corps 21 / 31, de préférence inférieur à 10%. 8 In the zone Z4, the body 31 comprises an elongate portion 34 provided with both local reinforcements 41 and 42. The part 34 is made of alloy metallic, while the reinforcements 41 and 42 are made of composite material. The reinforcements 41 and 42 are substituted respectively for the portions 141 and 142 of the body 11, so that parts 14 and 34 have substantially the same dimensions. The reinforcements 41 and 42 make it possible to lighten the piece 30 in zone Z4, without reducing its performances mechanical.
In the zone Z6, the insert 18 is replaced by the coating 60 formed by cold projection in the opening 16. The coating 60 makes it possible to lighten the part 22 of the piece 20, without reducing its performance at the opening 16.
Furthermore, the part 10/20/30 can be shaped differently from the Figures 1 to 12 without departing from the scope of the invention.
In the examples of FIGS. 5 to 7 and 10 to 12, each of the reinforcements 40 /
42/50/60 conforms to the body 21/31 of the part 20 / 30. In other words, each of the reinforcements 40/41/42/50/60 has a fully arranged surface at contact body 21/31.
In a variant that is not shown, the surface of the reinforcement in contact with the body can be arranged at least 50% in contact with the body (and up to 100%).
Of preferably, the surface of the reinforcement is arranged at least 90% in contact with the body.
Whatever the embodiment of the invention, the piece 20/30 is incorporated at least partially of a metal alloy and comprises:
a metal alloy body 21/31, manufactured according to a step of manufacturing metallurgical ai); and - at least one local reinforcement formed directly on the body 21/31, in stressed zone of the part 20/30, during a reinforcing step a2) posterior to the metallurgical manufacturing step ai).
The body 21/31 constitutes the bulk of the volume of the part 20/30, in comparison with reinforcements. The body 21/31 is capable of constitute a functional room alone, while the reinforcements allow improve locally the characteristics of this piece. Each reinforcement presents a volume less than 20% of the volume of the body 21/31, preferably less than 10%.
9 Dans le cadre de l'invention, le renforcement local peut être formé par pulvérisation à froid, oxydation micro-arc, fabrication additive, cuisson d'une résine dans un moule, collage d'un ensemble composite (qui prend sa forme finale sur le corps de la pièce lorsque la colle sèche), ou toute autre technique adaptée.
L'invention exclut les pièces de renfort rapportées sur le corps, par exemple par soudage, vissage ou pressage.
L'invention exclut également les pièces de renfort intégrées au corps par su rmoulage.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une pièce 20 /
constituée au moins partiellement d'un alliage métallique.
Le procédé comprend les étapes ai) et a2) successives suivantes :
ai) une étape de fabrication métallurgique consistant à fabriquer le corps 21 / 31 de la pièce 20 / 30 ; et a2) une étape de renfort consistant à former un renforcement local directement sur le corps 21! 31, dans une zone sous contrainte de la pièce 20 / 30.
Selon un premier mode de réalisation, l'étape ai) comprend une opération de fonderie puis une opération de forgeage, conformément au procédé COBAPRESS.
Selon un deuxième mode de réalisation l'étape al) comprend uniquement une opération de fonderie.
Selon un troisième mode de réalisation l'étape ai) comprend uniquement une opération de fonderie.
Le procédé peut comprendre une étape de préparation de surface de la zone à
renforcer, entre les étapes ai) et a2), en fonction de la technique utilisée dans l'étape a2).
A titres d'exemples non limitatifs, cette étape de préparation de surface peut comprendre un brossage, un dégraissage, un grenaillage, un usinage ou un dépôt. Dans le cas d'un renfort par composite, le dépôt peut consister à appliquer une colle sur le corps 21 / 31 de la pièce 20 / 30.
Le procédé peut également comprendre une étape de finition de la pièce 20 / 30 dans la zone renforcée, après l'étape a2). A titres d'exemples non limitatifs, cette étape de finition peut comprendre un usinage, un polissage ou un traitement de surface.
Le procédé peut également comprendre une étape de traitement de surface. Ce traitement de surface peut être appliqué au moins sur une partie du corps 21 /
31 entre les étapes ai) et a2), ou au moins sur une partie de la pièce après l'étape a2).
L'invention a également pour objet une méthode d'optimisation de la conception d'une pièce 10 existante, comprenant un corps 11 en alliage métallique.
Initialement, ce corps 11 est par exemple fabriqué suivant une opération de fonderie et/ou une opération de forgeage.
La méthode d'optimisation comprend les phases bl , b2, b3, b4 et b5 successives suivantes:
bl) Identifier une ou plusieurs zones sous contrainte Z4 / Z5 / Z6 de la pièce 9 In the context of the invention, the local reinforcement can be formed by cold spraying, micro-arc oxidation, additive manufacturing, cooking of a resin in a mold, bonding a composite set (which takes its final form on the body of the piece when the glue dries), or any other suitable technique.
The invention excludes reinforcement pieces reported on the body, for example by welding, screwing or pressing.
The invention also excludes reinforcement pieces incorporated into the body by su rmoulage.
The invention also relates to a method for manufacturing a part 20 /
formed at least partially of a metal alloy.
The method comprises the following successive steps a1) and a2):
a) a metallurgical manufacturing step of manufacturing the body 21 / 31 of the piece 20/30; and a2) a reinforcing step of forming a local reinforcement directly on the body 21! 31, in a stressed zone of the part 20/30.
According to a first embodiment, step a1) comprises an operation of foundry and then a forging operation, in accordance with the COBAPRESS process.
According to a second embodiment, step a1) comprises only one foundry operation.
According to a third embodiment, step a1) comprises only one foundry operation.
The method may comprise a surface preparation step of the zone to be between steps a1 and a2), depending on the technique used in step a2).
As non-limiting examples, this surface preparation step can understand brushing, degreasing, shot blasting, machining or depositing. In the case of a reinforcement by composite, the deposit may consist in applying a glue on the body 21/31 of the piece 20/30.
The method may also include a finishing step of the workpiece 20/30 in the reinforced zone, after step a2). As non-limiting examples, this step of finishing may include machining, polishing or surface treatment.
The method may also include a surface treatment step. This surface treatment may be applied at least on one part of the body 21 /
31 between steps a1) and a2), or at least part of the piece after the step a2).
The invention also relates to a design optimization method of an existing piece 10, comprising a metal alloy body 11.
Initially, this body 11 is for example manufactured according to a foundry operation and / or a surgery forging.
The optimization method includes the phases bl, b2, b3, b4 and b5 clear following:
bl) Identify one or more zones under Z4 / Z5 / Z6 stress of the part
10 existante, par exemple par simulation numérique.
b2) Définir une pièce optimisée 20 / 30 comprenant un corps 21 / 31 modifié, en prévoyant au moins un renforcement local 40, 41, 42, 50 et/ou 60 formé sur le corps 21 / 31 dans la zone sous contrainte Z4 / Z5 / Z6.
b3) Définir des outillages de fabrication métallurgique (généralement fonderie et/ou forgeage) pour fabriquer le corps 21 / 31 de la pièce optimisée 20 / 30. Les outillages de fabrication du corps 21 / 31 de la pièce 20 / 31 sont différents des outillages de fabrication du corps 11 de la pièce 10 d'origine. Dans certains cas, les coquilles de fonderie et matrices de forge ayant servi pour fabriquer le corps 10 existing, for example by numerical simulation.
b2) Define an optimized part 20/30 comprising a modified body 21/31, in providing at least one local reinforcement 40, 41, 42, 50 and / or 60 formed on the body 21/31 in the stress zone Z4 / Z5 / Z6.
b3) Define metalworking tools (generally foundry and or forging) to manufacture the body 21/31 of the optimized part 20/30.
body manufacturing tools 21/31 of the part 20/31 are different of the manufacturing tools of the body 11 of the original part 10. In some case, the foundry shells and forging dies used to make the body
11 peuvent être simplement modifiées pour permettre la fabrication du corps 21 /
31.
b4) Fabriquer le corps 21 / 31 de la pièce optimisée 20 / 30 avec les outillages. Cette phase peut comprendre une opération de fonderie puis une opération de forgeage, conformément à la mise en oeuvre du procédé COBAPRESS. En alternative, cette phase peut comprend uniquement une opération de fonderie.
b5) Former le renforcement local 40, 41, 42, 50, 60 directement sur le corps 21 / 31, dans la zone sous contrainte Z4 / Z5 / Z6 de la pièce optimisée 20 / 30.
Les caractéristiques techniques des différents modes de réalisation et variantes mentionnés ci-dessus peuvent être, en totalité ou pour certaines d'entre elles, combinées entre elles. Ainsi, la pièce 20 / 30 peut être adaptée en termes de coûts, de fonctionnalités et de performances. 11 may simply be modified to allow the body to be made 21 /
31.
b4) Fabricate the body 21/31 of the optimized part 20/30 with the tooling. This phase may include a foundry operation and then a forging, in accordance with the implementation of the COBAPRESS process. Alternatively, this phase may only include a foundry operation.
b5) Form local reinforcement 40, 41, 42, 50, 60 directly on the body 21/31, in the stress zone Z4 / Z5 / Z6 of the optimized part 20/30.
The technical characteristics of the various embodiments and variants mentioned above may be, in whole or for some of they, combined between them. Thus, the part 20/30 can be adapted in terms of costs, features and performance.
Claims (18)
30), caractérisé en ce que le procédé comprend ensuite une étape de renfort a2) consistant à former un renforcement local (40, 41, 42, 50, 60) directement sur le corps (21 ; 31), dans une zone (Z4, Z5, Z6) sous contrainte de la pièce (20 ;
30). 1. A method of manufacturing a part (20; 30) consisting of at least partially of a metal alloy, the method comprising a manufacturing step metallurgical material (a) of manufacturing the body (21; 31) of the workpiece (20;
30), characterized in that the method then comprises a reinforcing step a2) forming a local reinforcement (40, 41, 42, 50, 60) directly on the body (21; 31) in a zone (Z4, Z5, Z6) under stress of the workpiece (20;
30).
fabriquer une préforme de fonderie ; puis une opération de forgeage a12) consistant à
forger la préforme de fonderie pour obtenir le corps (21 ; 31) de la pièce (20 ; 30). 2. Method according to claim 1, characterized in that the step of manufacturing metallurgical group) comprises a foundry operation a11) consisting of make a foundry preform; then a forging operation a12) consisting of forging the foundry preform to obtain the body (21; 31) of the part (20 ; 30).
en contact avec le corps (21 ; 31) de la pièce (20 ; 30). 4. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the local reinforcement (40, 41, 42, 50, 60) has a surface area of at least 50%
in contact with the body (21; 31) of the workpiece (20; 30).
31) et le renforcement local (50, 60) sont constitués de différents alliages métalliques. 9. Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the body (21;
31) and the local reinforcement (50, 60) consist of different alloys metal.
31) est constitué d'un alliage métallique, tandis que le renforcement local (40, 41, 42) est constitué d'un matériau composite. 10. Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the body (21;
31) is made of a metal alloy, while the local reinforcement (40, 41, 42) is made of a composite material.
b1 ) identifier une zone sous contrainte (Z4, Z5, Z6) de la pièce existante (10), par exemple par simulation numérique ;
b2) définir une pièce optimisée (20 ; 30) comprenant un corps (21 ; 31) modifié, en prévoyant au moins un renforcement local (40, 41, 42, 50, 60) formé sur le corps (21 ; 31) dans la zone sous contrainte (Z4, Z5, Z6) ;
b3) définir des outillages de fabrication métallurgique conformes au corps (21 ;
31) de la pièce optimisée (20 ; 30) ;
b4) fabriquer le corps (21 ; 31) de la pièce optimisée (20 ; 30) avec les outillages ; et b5) former le renforcement local (40, 41, 42, 50, 60) directement sur le corps (21 ; 31), dans la zone sous contrainte (Z4, Z5, Z6) de la pièce optimisée (20 ; 30). 16. Optimization method for the design of an existing part (10), comprising a metal alloy body (11), the optimization method comprising the successive phases:
b1) identify a zone under stress (Z4, Z5, Z6) of the existing part (10) for example by numerical simulation;
b2) defining an optimized part (20; 30) comprising a body (21; 31) amended, by providing at least one local reinforcement (40, 41, 42, 50, 60) formed on the body (21; 31) in the stress zone (Z4, Z5, Z6);
b3) to define metallurgical fabrication tools conforming to the body (21 ;
31) of the optimized part (20; 30);
b4) manufacturing the body (21; 31) of the optimized part (20; 30) with the tooling; and b5) forming the local reinforcement (40, 41, 42, 50, 60) directly on the body (21; 31) in the stress zone (Z4, Z5, Z6) of the optimized part (20; 30).
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| FZDE | Discontinued |
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