EP0586314B1 - Procédé de fabrication de pièces en alliages coulés avec zones de renforcement - Google Patents

Procédé de fabrication de pièces en alliages coulés avec zones de renforcement Download PDF

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EP0586314B1
EP0586314B1 EP93420350A EP93420350A EP0586314B1 EP 0586314 B1 EP0586314 B1 EP 0586314B1 EP 93420350 A EP93420350 A EP 93420350A EP 93420350 A EP93420350 A EP 93420350A EP 0586314 B1 EP0586314 B1 EP 0586314B1
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insert
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Thomas Di Serio
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COBAPRESS ENGINEERING SARL
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/002—Hybrid process, e.g. forging following casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K25/00—Uniting components to form integral members, e.g. turbine wheels and shafts, caulks with inserts, with or without shaping of the components

Definitions

  • the invention relates to a method for manufacturing parts from cast alloys and in particular aluminum, aluminum alloy with reinforcement zone.
  • the invention relates to the technical sector of the production of parts in cast alloys and in particular in aluminum, copper or others obtained in foundry, forging and similar processes.
  • foundry and forging techniques make it possible to manufacture multiple parts for various uses.
  • the foundry of cast alloys such as aluminum has the particular advantage of obtaining light parts while respecting the parameters and hardness criteria according to the applications considered.
  • These parts can be, for example, connecting rods for automobiles, cranks for cycle parts.
  • inserts made of metallic or other material are thus established, for example in the form of rings and which are introduced into the abovementioned openings of the part.
  • the alloy such as aluminum which while cooling ensures the maintenance of the insert.
  • This the latter may have ridges on its outer periphery or grooves for anchoring the material making it possible to stabilize the insert in the workpiece in position.
  • the use of the method is essentially limited to the installation on the part of a single insert. Indeed, the operation of casting the alloy and in particular the aluminum being carried out hot causes dimensional variations of the material and it is almost impossible to control with great precision the spacing of laying of several inserts.
  • the latter must be chosen from a material or material which is compatible with the temperature of the cast alloys and in particular of aluminum.
  • the aim sought after according to the invention was to remedy these drawbacks.
  • the applicant has also developed a process for manufacturing aluminum parts in foundries, in particular described in European patent n ° 119365.
  • This process consists in making foundry blanks which are subjected to cold or low temperature to an additional pressing operation, said blanks being arranged in the matrix imprints of dimensions substantially smaller than those of the molding.
  • the method according to the invention consists in manufacturing parts produced in the foundry of cast alloys and in particular aluminum of all shapes and profiles suitable according to the applications by producing blanks referenced as a whole by (1).
  • a blank is shown in Figure 1, and includes example a through opening (1.1) and a blind hole (1.2). It is obvious that said blank can have several through openings and / or several blind holes. The profile and dimensions of the openings and / or blind holes are established in any suitable manner according to the needs and criteria of application of the rough parts.
  • the blank can also have any recess on one of its faces of any shape and profile required.
  • the blank thus has a preset length (L) and a preset thickness (E).
  • the openings and / or holes and / or recesses advantageously have a substantially conical internal profile of a few degrees at an angle ( ⁇ ) to allow prepositioning of the blank and the reception of one or more inserts (2) of complementary profile. arranged and presented beforehand on a work receiving matrix (3). This matrix is established in any way and appropriate profile according to the shapes of the worked blank.
  • Said matrix is thus arranged directly or in an attached manner with one or more fingers (4) for centering and receiving the inserts (2).
  • the latter are mounted with play or floating around said finger (s) (4).
  • the matrix can be directly shaped to allow centering and positioning of the inserts (2).
  • the inserts are positioned on the fingers or directly on the matrix manually by the operator or also in the context of manufacturing automation with manipulators and all appropriate means ensuring their transfer from a dispensing bowl or similar means.
  • FIG. 3 shows the positioning of the blank in the matrix, said blank being adjusted by the opening (s) and the blind hole (s) with free adjustment.
  • the blank is centered in a cavity established on the working die, being of dimensions substantially smaller than the internal profile thereof.
  • the method according to the invention then consists in exerting a striking operation on the blank using a punch (5) or similar means by exerting this force according to the arrow F arranged axially in the same plane as that of laying inserts.
  • the blank of the treated part is thus deformed and the material comes to surround said inserts while ensuring their final connection by crimping.
  • the finished part is then of a dimension (L1) substantially greater than that (L) of the blank, and its thickness (E1) is substantially less than that (E) of the blank.
  • the part obtained integrates the inserts into the above-mentioned opening (s) and / or the blind hole (s), and / or the recesses (not shown).
  • the insert can be established in the form of a ring having a collar (2.1).
  • the ring is of height (H) substantially less than the thickness (E1) of the finished part; thus said ring is held by the material both at the level of its zone presenting the collar, as well as in its bottom part.
  • said insert has a bottom face (2.4).
  • the ring may have circular ridges (2.2) arranged along its outer periphery under all or part of its height.
  • the ring can also have one or more longitudinal grooves (2.3) established over all or part of its periphery. These striations and grooves thus constitute means for anchoring the blank material resulting from the deformation thereof during the striking operation.
  • inserts are unlimited and inserts of different shape can be placed on each part to be obtained without departing from the scope of the invention as claimed.
  • the insert (s) can be made of any metallic, composite or other material.
  • the punch When the striking operation has been carried out, the punch is raised by any appropriate means and the finished part is ejected in order to carry out a new operating cycle.

Description

  • L'invention concerne un procédé de fabrication de pièces en alliages coulés et notamment en aluminium, alliage d'aluminium avec zone de renforcement.
  • L'invention se rattache au secteur technique de la fabrication de pièces en alliages coulés et notamment en aluminum, cuivre ou autres obtenus en fonderie, forgeage et procédés similaires.
  • Les techniques de fonderie et de forgeage permettent de fabriquer de multiples pièces à usages divers. La fonderie d'alliages coulés tel que aluminium présente en particulier l'avantage d'obtenir des pièces légères tout en respectant les paramètres et critères de dureté en fonction des applications considérées. Ces pièces peuvent être par exemple des bielles pour automobiles, des manivelles pour pièces de cycles.
  • Ces pièces présentent des zones d'accouplement avec d'autres éléments ou moyens tels que axes ou similaires et sont ainsi agencées avec des ouvertures.
  • Selon les sollicitations des pièces en question, il peut être nécessaire d'envisager un renforcement des zones de liaison et d'accouplement pour éviter une déformation de la matière lors de la transmission des efforts. Selon la technique connue en fonderie, on utilise ainsi des inserts en matériau métallique ou autres établis par exemple sous forme de bagues et qui sont introduits dans les ouvertures précitées de la pièce. Pour assurer leur tenue et fixation, on procède alors à une opération de coulée de l'alliage tel que l'aluminium qui en refroidissant assure le maintien de l'insert. Ce dernier peut présenter des stries sur sa périphérie extérieure ou des rainures d'ancrage de la matière permettant de stabiliser en position l'insert dans la pièce.
  • Ce procédé est largement développé mais il présente un certain nombre d'inconvénients ou de limitations.
  • L'utilisation du procédé est essentiellement limité à la pose sur la pièce d'un seul insert. En effet, l'opération de coulage de l'alliage et notamment de l'aluminium s'effectuant à chaud entraine des variations dimensionnelles de la matière et il est quasiment impossible de maitriser avec une grande précision l'écartement de pose de plusieurs inserts.
  • En outre, ces derniers doivent être choisis en une matière ou matériau qui soit compatible avec la température de l' alliages coulés et notamment de l'aluminum.
  • Ces inconvénients principaux empêchent ainsi la réalisation et mise en oeuvre de plusieurs inserts sur des pièces obtenues en fonderie aluminium et autres alliages telles que par exemple des bielles pour automobiles qui sont accouplées à chacune de leurs extrémités pour coopérer avec les vilebrequins et les pistons du bloc moteur.
  • Il est évident que ces inconvénients se rencontrent dans d'autres applications du même type.
  • Le but recherché selon l'invention était de remédier à ces inconvénients.
  • Le demandeur a par ailleurs développé un procédé de fabrication de pièces en aluminium en fonderie notamment décrit dans le brevet européen n° 119365. Ce procédé consiste a réaliser des ébauches de fonderie qui sont soumises à froid ou à basse température à une opération supplémentaire de pressage, lesdites ébauches étant disposées dans les empreintes de matrice de dimensions sensiblement inférieures à celles du moulage.
  • Dans le cadre de ses recherches complémentaires, et au vu du problème posé à l'origine, le demandeur a mis au point un procédé particulier de pose d'insert dans des pièces obtenues en fonderie d'alliages coulés et notamment en aluminium, ce procédé étant simple, rapide à mettre en oeuvre et permettant l'introduction simultanée d'un ou de plusieurs inserts sur une même pièce, en évitant les inconvénients rencontrés par la technique antérieure.
  • Il est connu selon l'art antérieur défini dans le brevet US-A-3443617 d'incorporer des inserts dans des pièces coulées, ce brevet décrivant un procédé permettant un emmanchement à force de l'insert et le sertissage par fluage. Ce procédé entraine de nombreuses contraintes de fabrication.
  • Le procédé selon l'invention est défini dans la revendication 1.
  • Un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention et d'autres caractéristiques préférentielles ressortiront bien de la suite de la description qui fait reference aux figures suivantes:
    • la figure 1 est une vue à caractère schématique de face montrant les éléments mettant en oeuvre le procédé avant l'opération de frappe.
    • La figure 2 est une vue selon la figure 1 de la pièce obtenue après l'opération de frappe.
    • La figure 3 est une vue illustrant le positionnement de l'ébauche de la pièce dans la matrice de mise en forme avant l'opération de pressage.
    • La figure 4 est une vue selon la figure 3 illustrant la pièce après opération de frappe à l'intérieur de l'ensemble matrice poinçon.
    • La figure 5 est une vue partielle illustrant une forme d'insert intégré dans la pièce finie obtenue après la mise en oeuvre du procédé par l'invention.
    • La figure 6 est une vue partielle en variante illustrant une autre forme d'insert.
    • La figure 7 est une vue en plan et en coupe d'une autre forme d'insert avec des rainures établies sur périphérie extérieures dans son plan longitudinal.
    • La figure 8 est une vue en variante d'un autre profil de l'insert.
  • Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on décrit maintenant une manière de réalisation illustrée aux figures des dessins.
  • Le procédé selon l'invention consiste à fabriquer des pièces élaborées en fonderie d'alliages coulés et notamment aluminium de toutes formes et profils appropriés selon les applications en réalisant des ébauches référencées dans leur ensemble par (1).
  • Une ébauche est représentée à la figure 1, et comprend par exemple une ouverture (1.1) débouchante et un trou borgne (1.2). Il est évident que ladite ébauche peut présenter plusieurs ouvertures débouchantes et/ou plusieurs trous borgnes. Le profil et les dimensions des ouvertures et/ou trous borgnes sont établis de toute manière appropriée en fonction des besoins et des critères d'applications des pièces ébauchées. L'ébauche peut également présenter tout évidement sur une de ses faces de toute forme et profil nécessaire.
  • L'ébauche présente ainsi une longueur (L) préétablie et une épaisseur (E) préétablie.
  • Les ouvertures et/ou trous et/ou évidements présentent avantageusement un profil intérieur sensiblement conique de quelques degrés selon une angulation (α) pour permettrent un prépositionnement de l'ébauche et la réception d'un ou de plusieurs inserts (2) de profil complémentaire disposés et présentés préalablement sur une matrice (3) réceptrice de travail. Cette matrice est établie de toute manière et profil appropriés en fonction des formes de l'ébauche travaillée.
  • Ladite matrice est ainsi agencée directement ou de manière rapportée avec un ou des doigts (4) de centrage et de réception des inserts (2). Ces derniers sont montés avec jeu ou flottant autour du ou desdits doigts (4). En variante la matrice peut être directement conformée pour permettre le centrage et positionnement des inserts (2).
  • Les inserts sont positionnés sur les doigts ou directement sur la matrice manuellement par l'opérateur ou également dans le cadre d'une automatisation de fabrication avec des manipulateurs et tous moyens appropriés assurant leur transfert à partir d'un bol distributeur ou moyen similaire.
  • On a représenté à la figure 3 le positionnement de l'ébauche dans la matrice, ladite ébauche étant ajustée par la ou les ouvertures et le ou les trous borgnes à ajustement libre. L'ébauche est centrée dans une cavité établie sur la matrice de travail en étant de dimensions sensiblement inférieures au profil intérieur de celle-ci.
  • Le procédé selon l'invention consiste alors à exercer une opération de frappe sur l'ébauche à l'aide d'un poinçon (5) ou moyen similaire en exercant cette force selon la flèche F disposée axialement dans le même plan que celui de pose des inserts. Lors de cette opération de frappe correspondant à la figure 4, l'ébauche de la pièce traitée est ainsi déformée et la matière vient entourer lesdits inserts en assurant leur liaison définitive par sertissage. La pièce finie est alors d'une dimension (L1) sensiblement supérieure à celle (L) de l'ébauche, et son épaisseur (E1) est sensiblement inférieure à celle (E) de l'ébauche. Ainsi, la cavité intérieure de la matrice réceptionnant initialement et remplie en totalité par la pièce finie.
  • En se référant à la figure 2, la pièce obtenue intègre les inserts dans la ou les ouvertures précitées et/ou le ou les trous borgnes, et/ou les évidements (non représentés).
  • En se référant à la figure 5, l'insert peut être établi sous forme d'une bague présentant une collerette (2.1). Dans cette réalisation la bague est de hauteur (H) sensiblement inférieure à l'épaisseur (E1) de la pièce finie ; ainsi ladite bague est maintenue par la matière à la fois au niveau de sa zone présentant la collerette, ainsi que dans sa partie de fond. Dans le cas de l'adaptation de l'insert dans un trou borgne, ledit insert présente une face de fond (2.4).
  • En se référant aux figures 6 et 7, la bague peut présenter des striures (2.2) circulaires disposées le long de sa périphérie extérieure sous tout ou partie de sa hauteur. La bague peut présenter également une ou plusieurs rainures longitudinales (2.3) établies sur tout ou partie de sa périphérie. Ces striures et rainures constituent ainsi des moyens d'ancrage de la matière de l'ébauche résultant de la déformation de celle-ci lors de l'opération de frappe.
  • En se référant à la figure 8, on a représenté un autre forme de l'insert qui peut présenter une forme en croisillon ou tout autre.
  • La forme du ou des inserts est sans limite et des inserts de forme différente peuvent être disposés sur chaque pièces à obtenir sans sortir du cadre de l'invention telle que revendiquée.
  • Le ou les inserts peuvent être réalisés en tout matériau métallique, composite ou autres.
  • Lorsque l'opération de frappe a été effectuée, le poinçon est relevé par tous moyens appropriés et la pièce finie est ejectée en vue de procéder à un nouveau cycle opératoire.
  • Les avantages ressortent bien de l'invention. On souligne une nouvelle faculté de disposer très facilement et rapidement un ou plusieurs inserts dans toute ébauche de fonderie en vue de procéder à leur intégration. On peut ainsi facilement disposer sur l'ébauche et la pièce à obtenir différentes zones de renforcement local. selon les besoins et les applications des différentes contraintes sur la pièce. Il suffit pour cela lors de la fabrication de l'ébauche de prévoir une ou plusieurs ouvertures et/ou évidement et/ou trous borgnes de toutes formes appropriées permettant la mise en place d'inserts au profil complémentaire lors d'une opération unique de frappe. Un tel procédé est parfaitement adaptable dans le cadre d'une automatisation de production.

Claims (6)

  1. Procédé de fabrication de pièces en alliages coulés et notamment en aluminium, alliage d'aluminium avec zone de renforcement, lesdites pièces comprenant des ouvertures ou cavités pour coopérer avec des moyens d'accouplement et un ou plusieurs inserts (2) introduits dans lesdites ouvertures ou cavités et intégrés dans la pièce par sertissage lors d'une opération de frappe à l'aide d'un poinçon (5) ou moyen similaire et d'une matrice de travail (3) pour former des zones de renforcement, dans lequel procédé l'ébauche (1) de la pièce est réalisée en comprenant une ou plusieurs ouvertures (1.1) débouchantes, et/ou un ou plusieurs trous borgnes (1.2), et/ou un ou plusieurs évidements formés sur la face de l'ébauche (1) destinée à être présentée en regard de la matrice de travail (3), lesdites ouvertures (1.1) et/ou trous borgnes (1.2) et/ou évidements présentant un profil conique de quelques degrés permettant la réception et le pré-centrage d'un ou de plusieurs desdits inserts (2),
    et en ce que, après réalisation de l'ébauche (1) de la pièce à obtenir, il est disposé un ou plusieurs desdits inserts (2) susceptibles d'être centrés et introduits dans la ou les ouvertures (1.1) et/ou le ou les évidements, et/ou le ou les trous borgnes (1.2) formés préalablement sur l'ébauche (1), lesdits inserts (2) étant pré -positionnés sur la matrice de travail (3),
    et en ce que lesdits inserts (2) servent au positionnement et centrage de l'ébauche (1) dans une cavité réceptrice établie sur la matrice de travail (3) correspondant à la forme finale de la pièce finie, ladite ébauche (1) étant de dimensions sensiblement inférieures au profil intérieur de la cavité qui sera remplie en totalité par la pièce finie,
    et en ce que l'on procède ensuite à une opération de frappe sur l'ébauche (1) positionée et centrée dans ladite cavité réceptrice par le poinçon (5) ou moyen similaire permettant la mise en forme définitive et la déformation de la matière de l'ébauche (1) dans la matrice (3) en vue de l'intégration fixe et à demeure par sertissage du ou des inserts (2) afin de définir des zones de renforcements locales selon les besoins et les applications et utilisations de la pièce obtenue.
  2. Procédé, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les inserts (2) sont pré-positionnés à ajustement libre et flottant.
  3. Procédé, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les inserts (2) sont pré-positionnés directement sur la matrice de travail (3).
  4. Procédé, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ébauche (1) présente une longueur pré-établie (L) et une épaisseur (E), la pièce finie issue de l'ébauche (1) présentant une longueur (L1) sensiblement inférieure à celle (L) de l'ébauche (1) et une épaisseur (E1) sensiblement inférieure à celle (E) de l'ébauche (1).
  5. Procédé, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'insert (2) est constitué sous forme de bague et présente une colerette (2.1), la hauteur de la bague étant inférieure à l'épaisseur (E1) de la pièce finie.
  6. Procédé, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les inserts (2) sont pré-positionnés sur des doigts de centrage (4) formés sur la matrice de travail (3).
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EP0586314A1 EP0586314A1 (fr) 1994-03-09
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ATE152377T1 (de) 1997-05-15
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