EP3017164A1 - Piece metallique realisee par moulage comprenant des evidements internes, procede de fabrication et moteur a combustion interne comprenant une telle piece - Google Patents

Piece metallique realisee par moulage comprenant des evidements internes, procede de fabrication et moteur a combustion interne comprenant une telle piece

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EP3017164A1
EP3017164A1 EP14738548.8A EP14738548A EP3017164A1 EP 3017164 A1 EP3017164 A1 EP 3017164A1 EP 14738548 A EP14738548 A EP 14738548A EP 3017164 A1 EP3017164 A1 EP 3017164A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
internal
orifice
wall
metal part
recesses
Prior art date
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Application number
EP14738548.8A
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German (de)
English (en)
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EP3017164B1 (fr
Inventor
Mathieu PONT
Guy Eberhardt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
Publication of EP3017164A1 publication Critical patent/EP3017164A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP3017164B1 publication Critical patent/EP3017164B1/fr
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Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/26—Cylinder heads having cooling means
    • F02F1/36—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • B22C9/103—Multipart cores

Definitions

  • the invention relates to molded metal parts comprising at least two internal recesses. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION The invention relates to molded metal parts comprising at least two internal recesses.
  • Metal parts of this type comprising internal recesses comprise, for example, cylinder heads of an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle.
  • An internal combustion engine conventionally comprises a cylinder head mounted on a crankcase, these two parts being cooled and lubricated by coolant and oil circulations, respectively.
  • the coolant circulates in the cylinder block, feeds the cylinder head and leaves the engine.
  • the cylinder head and the cylinder block each comprise an internal chamber (or recess), usually called a water core, for the circulation of the cooling liquid, these water nuclei communicating with each other.
  • the coolant circulates separately in the cylinder head and the crankcase: the water cores of the cylinder head and the crankcase must not communicate with each other.
  • a sand mold is made comprising a lower part, an upper part and one or more cores, each core being a positive of an internal recess.
  • This sand mold can be made by cold box molding, by hot box molding or by the so-called "croning" process.
  • the cores obtained by the Croning process are more rigid and therefore more difficult to destroy, which increases the cost of producing a part.
  • cold or hot box molding processes are generally preferred to reduce costs.
  • these latter processes produce nuclei with limited stiffness.
  • one solution is to close the existing openings between the recesses by positioning a shutter in each inner orifice, this shutter being for example fixed by screwing or shrunk.
  • This solution requires the passage of a tool, which can be difficult or impossible, depending on the configuration of the room.
  • the shutters used exert constraints on the wall separating the internal recesses, constraints that can lead to the formation of cracks and a rupture of this wall.
  • the subject of the invention relates to a metal part comprising an outer wall delimiting at least two internal recesses separated by an inner wall, said metal part further comprising:
  • an adjustment portion coaxial with the attachment portion and inserted within the inner port associated with said outer port, the adjusting portion being configured to close most of the passage section of said inner port without coming into contact with a wall of said internal orifice.
  • the metal part thus obtained has the advantage of having a reduced or zero fluid communication between its recesses without provided that a constraint is exerted at the inner wall separating these recesses through the particular configuration of the shutter, which is set up via an external orifice, each inner orifice being accessible via the associated external orifice.
  • the shutter attachment portion is sealingly secured within the outer port.
  • the fixing portion is configured to fit tightly within the external orifice, without play between the fixing portion and the external orifice. This lack of clearance ensures the seal between the recess and the outside of the metal part and can be obtained by a hoop between the fixing portion and the external orifice or by a screw connection or by a sealant .
  • the sealed fastening can be obtained by any other means, such as the presence of a seal.
  • the shutter adjustment portion is itself coaxial with the attachment portion and inserted within the internal port associated with said outer port. It is further configured to close most of the passage section of said internal port without coming into contact with said internal port. In other words, its dimensions and shape are chosen so as to close the maximum of the passage section of the internal orifice without coming into contact with this internal orifice.
  • the clearance, perpendicular to the axis of the internal orifice, between the shutter adjustment portion and the internal orifice is thus always positive, the minimum dimension of the internal orifice being greater than the maximum dimension of the shutter adjustment part. This type of assembly is sometimes called sliding fit.
  • the shutter adjustment portion is shaped so that a clearance, measured perpendicularly to the axis of the internal orifice, exists between the adjustment portion and the internal orifice, this clearance may be between a minimum clearance and a maximum clearance, the minimum clearance being defined so that the adjustment portion does not come into contact with the internal orifice, the maximum clearance resulting from manufacturing dispersions.
  • the maximum clearance is the result of the dispersions of positioning and concentricity of the tools used to make the openings of the metal part and the shutter manufacturing dispersion.
  • the maximum clearance thus defines a section of free passage between the shutter adjustment portion and the internal orifice, namely a pressure drop when a fluid flows in the recesses and, ultimately, a leakage flow.
  • this leakage rate is too great compared to a maximum permissible leakage rate for the intended application, it is possible to reduce this leakage rate by reducing the number of internal orifices as much as possible according to the manufacturing constraints. recesses, either by reducing the manufacturing dispersions, in other words the dispersions of positioning and concentricity of the tools used to make the orifices of the metal part and to make the shutter. These dispersions can be calculated by the usual techniques known to those skilled in the art.
  • the maximum flow rate of fluid that can be allowed between the two recesses is, for example, less than 5% of the total fluid flow, preferably less than 1%. the total flow of fluid.
  • the shutter adjustment portion and the internal orifice may each have a cylindrical shape.
  • the shutter attachment portion and the outer port may each have a cylindrical shape.
  • the fastener portion of the shutter may have a cylindrical shape of diameter greater than a cylindrical shape of the adjustment portion.
  • the shutter can then be formed in a simple manner of two cylindrical parts of different diameters, for example of two full cylinders.
  • the external orifice may have a shoulder at its end adjacent to a recess, shoulder against which is supported the fixing portion of the shutter parallel to the axis of the external orifice.
  • the outer orifice has a reduced section on the end side adjacent to a recess. This prevents the shutter from falling inside the recess.
  • the metal part may comprise at least two or at least three internal orifices passing through an inner wall separating two recesses.
  • the minimum number of orifices can be chosen so as to ensure a smooth cold or hot box molding of the metal part, namely to avoid a relative displacement of the mold cores during molding.
  • the maximum number of orifices may be chosen so as not to exceed a maximum fluid flow rate allowed between the recesses of the finished metal part, maximum flow determined according to the intended application.
  • the metal part according to the invention may more particularly be a cylinder head of an internal combustion engine, for example made of aluminum.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a metal part comprising an outer wall delimiting at least two internal recesses separated by an inner wall, comprising the following steps:
  • step (iv) making at least one external orifice in the outer wall of axis coinciding with the axis of an internal orifice left by the stud, this external orifice being obtained by correspondingly producing the mold of step (i) and / or being obtained by machining,
  • step (i) of producing the mold a cold box or hot box molding process may be used, which will facilitate the extraction of the mold in step (iii).
  • This method is particularly intended for the manufacture of the metal part according to the invention and in particular adapted to the manufacture of an internal combustion engine cylinder head.
  • the invention thus also relates to an internal combustion engine comprising a metal part, in particular a cylinder head, according to the invention or obtained by the method according to the invention.
  • FIG. 1 is a sectional view of a metal part according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 3 is a partial perspective representation of the cores of a mold used to produce a metal part according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 1 schematically represents a metal part 10 comprising an outer wall 12 delimiting at least two internal recesses 14, 16 separated by an internal wall 18.
  • the metal part 10 further comprising:
  • Each internal orifice 20 is thus accessible via the associated external orifice 22.
  • the metal part 10 also comprises a shutter 24, shown only in FIG. 2, associated with each pair of internal and external orifices 20 and 22 and comprising:
  • This adjustment portion 24b is configured to close most of the passage section of said inner port 20 without coming into contact with a wall 20b of said inner port 20.
  • a clearance J between the adjustment portion 24b and the internal orifice 20, perpendicular to the axis 20a of the internal orifice 20 ( Figure 2).
  • the clearance J can be of the order of 40 to 100 ⁇ .
  • Said clearance thus allows a fluid communication between the two recesses via the zero or virtually zero internal orifice, that is to say that the flow rate of fluid passing through the internal orifice connecting the two recesses is much smaller than the flow rate.
  • fluid flowing in said recesses for example equal to at most 5% of the flow rate of fluid flowing in said recesses.
  • the internal recesses 14 and 16 are intended for the circulation of cooling fluid and are connected to a degassing circuit (not shown) intended to direct gas bubbles that can accumulate in the upper parts of said recesses, towards the outside. of the metal part 10.
  • the internal recesses 14, 16 comprise a lower recess 16 disposed below an upper recess 14 in a position of use of said metal part 10.
  • This particular arrangement makes it possible to facilitate the degassing of the fluids circulating in the metal part 10, a part of the gases contained in the fluids flowing in the recesses, in particular the lower recess, being able to rise from the lower recess 16 to the upper recess 14. passing through the gap between the adjusting portion 24b and the inner orifice 20 and then venting through the degassing circuit (not shown) connected with the upper recess 14. The inner orifice 20 and said portion of adjustment 24b are then part of the degassing circuit of the fluids circulating in the internal recesses.
  • the passage section is defined as the surface perpendicular to the axis 20a of the internal orifice 20.
  • the adjustment portion 24b is thus configured so as to close off this passage section as far as possible without coming into contact with the wall 20b of the orifice.
  • the adjustment portion 24b is long enough to close the internal orifice 20 over its entire length (measured parallel to its axis 20a).
  • the internal and external orifices 20 and 22 are cylindrical and the shutter 24 consists of a part upper portion forming the hollow cylinder-shaped attachment portion 24a and a lower portion forming the cylinder-shaped fitting portion 24b of smaller diameter than the fixing portion 24a.
  • the external orifice 22 further comprises a shoulder 23 at its end adjacent to the recess 14, shoulder 23 against which is supported the fixing portion 24a of the shutter 24 parallel to the axis 20a.
  • the shutter 24 is made of metal, for example steel, preferably stainless steel, or any other metal or alloy suitable for the intended application.
  • the fastening portion 24a of the illustrated example is configured to be shrunk into the outer hole 22.
  • its adjustment portion 24b is inserted inside the internal orifice 20, preferably over the entire length of the latter along its axis 20a, as in the example shown in FIG. 2.
  • the fixing portion 24a could be formed of a solid cylinder.
  • the attachment can be obtained by any other means usually used (screwing or otherwise).
  • the metal part 10 described above can be obtained by a manufacturing method comprising the steps described hereinafter.
  • a sand mold 30 is formed comprising at least two cores 32, 34, two adjacent cores being connected by at least one bonding pad 36 which will form an internal orifice between the recesses of the finished metal part.
  • Figure 3 shows only the cores 32 and 34 of the sand mold 30, cores connected by two pads 36. The cores 32 and 34 will form after molding the recesses 14 and 16 of the metal part 10 respectively.
  • the molten metal is then injected into the sand mold 30 in a second step (ii).
  • step (iii) after cooling the metal, the sand mold 30 is removed and the sand cores 32, 34 are extracted from the recesses formed.
  • step (iv) at least one external orifice 22 is produced in the outer wall 12, of axis 22a coinciding with the axis 20a of an internal orifice 20 left by a stud 36, this external orifice 22 being obtained by suitably producing the mold of step (i) and / or being obtained by machining (the positioning of the external orifice being for example determined by a string of dimensions).
  • a shutter 24 comprising a fastening portion 24a and an adjustment portion 24b that is coaxial with the fixing portion, the adjustment portion being configured to close most of the passage section of said inner port without contacting the wall 20b of said inner port 20.
  • step (vi) the fixing portion 20a is fixed in a sealed manner inside the external orifice 22, the adjustment portion 24b being inserted inside the internal orifice Associated with said external orifice, without coming into contact with the wall 20b of said internal orifice 20.
  • a metal part having recesses whose internal orifices are virtually closed can thus be achieved by an inexpensive method, such as cold-box or hot-box molding, the closure not applying any mechanical stress detrimental to the holding of the inner wall separating the recesses.

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Abstract

L'invention concerne une pièce métallique (10) comprenant une paroi externe (22) délimitant au moins deux évidements internes (14, 16) séparés par une paroi interne (18), ladite pièce métallique comprenant: au moins un orifice interne (20) traversant ladite paroi interne (18), reliant lesdits évidements (14, 16), un orifice externe (22) associé à chaque orifice interne (20) traversant ladite paroi externe (12), les axes (20a, 22a) des orifices interne et externe associés étant confondus, un obturateur (24) associé à chaque orifice interne (20) comprenant: une partie de fixation (24a) fixée de manière étanche à l'intérieur de l'orifice externe (22), -une partie d'ajustement (24b) coaxiale avec la partie de fixation (20a), insérée à l'intérieur de l'orifice interne, configurée de manière à obturer la plus grande partie de la section de passage dudit orifice interne (20) sans entrer en contact avec une paroi (20b) dudit orifice interne (20).

Description

PIECE METALLIQUE REALISEE PAR MOULAGE COMPRENANT DES EVIDEMENTS INTERNES, PROCEDE DE FABRICATION ET MOTEUR A COMBUSTION INTERNE COMPRENANT UNE TELLE PIECE L'invention concerne les pièces métalliques réalisées par moulage comprenant au moins deux évidements internes.
Les pièces métalliques de ce type comportant des évidements internes comprennent par exemple des culasses de moteur à combustion interne, notamment pour véhicule automobile. Un moteur à combustion interne comprend classiquement une culasse montée sur un carter- cylindre, ces deux parties étant refroidies et lubrifiées par des circulations de liquide de refroidissement et d'huile, respectivement. En général, le liquide de refroidissement circule dans le carter cylindre, alimente la culasse et ressort du moteur. A cet effet, la culasse et le carter cylindre comprennent chacun une chambre (ou évidement) interne, appelée habituellement noyau d'eau, pour la circulation du liquide de refroidissement, ces noyaux d'eau communiquant entre eux. Dans certains moteurs, pour améliorer les performances du moteur, le liquide de refroidissement circule séparément dans la culasse et le carter- cylindre : les noyaux d'eau de la culasse et du carter cylindre ne doivent alors pas communiquer entre eux.
Pour réaliser des pièces métalliques comprenant des évidements internes, on fabrique un moule en sable comprenant une partie inférieure, une partie supérieure et un ou plusieurs noyaux, chaque noyau étant un positif d'un évidement interne. Ce moule en sable peut être réalisé par moulage en boîte froide, par moulage en boîte chaude ou encore par le procédé dit « Croning ». Les noyaux obtenus par le procédé Croning sont plus rigides et donc plus difficiles à détruire, ce qui augmente le coût de réalisation d'une pièce. On privilégie ainsi généralement les procédés de moulage en boîte froide ou chaude pour réduire les coûts. Toutefois, ces derniers procédés produisent des noyaux présentant une raideur limitée. Lors de la réalisation d'une pièce comprenant plusieurs évidements internes, il peut alors arriver que le noyau inférieur remonte lors de la coulée du métal. Afin d'éviter cette remontée, on autorise des surfaces de contact entre les deux noyaux, de sorte que le noyau d'eau supérieur empêche le noyau d'eau inférieur de remonter. Ces surfaces de contact entre les noyaux créent des orifices internes entre les évidements internes de la pièce finie : il n'y a pas d'étanchéité au fluide entre ces évidements.
Afin d'assurer l'étanchéité entre les évidements obtenus, une solution consiste à obturer les orifices existants entre les évidements en positionnant un obturateur dans chaque orifice interne, cet obturateur étant par exemple fixé par vissage ou fretté. Cette solution nécessite toutefois le passage d'un outil, ce qui peut s'avérer difficile, voire impossible, selon la configuration de la pièce. En outre, les obturateurs utilisés exercent des contraintes sur la paroi séparant les évidements internes, contraintes qui peuvent conduire à la formation de fissures et à une rupture de cette paroi. Enfin, il existe un risque de perdre l'obturateur à l'intérieur de la pièce métallique.
Il existe donc un besoin pour la réalisation à moindre coût de pièces métalliques comprenant des évidements internes, dans lesquelles une communication de fluide entre les évidements internes résultant de la fabrication de la pièce est rendue nulle ou quasiment nulle sans exercer de contrainte sur les parois séparant les évidements internes.
A cet effet, l'objet de l'invention concerne une pièce métallique comprenant une paroi externe délimitant au moins deux évidements internes séparés par une paroi interne, ladite pièce métallique comprenant en outre :
au moins un orifice interne traversant ladite paroi interne et reliant lesdits évidements et,
un orifice externe associé à chaque orifice interne et traversant ladite paroi externe, les axes respectifs de l'orifice interne et de l'orifice externe associé étant confondus,
un obturateur associé à chaque couple d'orifices interne et externe et comprenant :
une partie de fixation fixée de manière étanche à l'intérieur de l'orifice externe,
une partie d'ajustement coaxiale avec la partie de fixation et insérée à l'intérieur de l'orifice interne associé audit orifice externe, la partie d'ajustement étant configurée de manière à obturer la plus grande partie de la section de passage dudit orifice interne sans entrer en contact avec une paroi dudit orifice interne.
La pièce métallique ainsi obtenue présente l'avantage de comporter une communication de fluide réduite ou nulle entre ses évidements sans pour autant qu'une contrainte soit exercée au niveau de la paroi interne séparant ces évidements grâce à la configuration particulière de l'obturateur, lequel est mis en place via un orifice externe, chaque orifice interne étant accessible via l'orifice externe associé.
En particulier, la partie de fixation de l'obturateur est fixée de manière étanche à l'intérieur de l'orifice externe.
Avantageusement, la partie de fixation est configurée pour loger avec serrage à l'intérieur de l'orifice externe, sans jeu entre la partie de fixation et l'orifice externe. Cette absence de jeu assure l'étanchéité entre l'évidement et l'extérieur de la pièce métallique et peut être obtenue par un frettage entre la partie de fixation et l'orifice externe ou encore par une liaison vissée ou par un enduit d'étanchéité.
En variante, la fixation avec étanchéité peut être obtenue par tout autre moyen, tel que la présence d'un joint.
La partie d'ajustement de l'obturateur est quant à elle coaxiale avec la partie de fixation et insérée à l'intérieur de l'orifice interne associé audit orifice externe. Elle est en outre configurée de manière à obturer la plus grande partie de la section de passage dudit orifice interne sans entrer en contact avec ledit orifice interne. Autrement dit, ses dimensions et sa forme sont choisies de manière à obturer le maximum de la section de passage de l'orifice interne sans entrer en contact avec cet orifice interne. Le jeu, perpendiculairement à l'axe de l'orifice interne, entre la partie d'ajustement de l'obturateur et l'orifice interne est ainsi toujours positif, la dimension minimale de l'orifice interne étant plus grand que la dimension maximale de la partie d'ajustement de l'obturateur. Ce type d'assemblage est parfois appelé ajustement glissant.
Avantageusement et de manière non limitative, la partie d'ajustement de l'obturateur est conformée de sorte qu'un jeu, mesuré perpendiculairement à l'axe de l'orifice interne, existe entre la partie d'ajustement et l'orifice interne, ce jeu pouvant être compris entre un jeu minimum et un jeu maximum, le jeu minimum étant défini de sorte que la partie d'ajustement n'entre pas en contact avec l'orifice interne, le jeu maximum résultant des dispersions de fabrication. Notamment, le jeu maximum est la résultante des dispersions de positionnement et concentricité des outils utilisés pour réaliser les orifices de la pièce métallique et de la dispersion de fabrication de l'obturateur. Le jeu maximal définit ainsi une section de passage libre entre la partie d'ajustement de l'obturateur et l'orifice interne, à savoir une perte de charge lorsqu'un fluide circule dans les évidements et, au final, un débit de fuite. Si ce débit de fuite est trop important par rapport à un débit de fuite autorisé maximal pour l'application envisagée, il est possible de réduire ce débit de fuite soit en réduisant le nombre d'orifices internes autant que possible en fonction des contraintes de fabrication des évidements, soit en réduisant les dispersions de fabrication, autrement dit les dispersions de positionnement et concentricité des outils utilisés pour réaliser les orifices de la pièce métallique et pour réaliser l'obturateur. Ces dispersions peuvent être calculées par les techniques usuelles connues de l'homme du métier.
A titre d'exemple pour une pièce métallique de type culasse de moteur à combustion interne, le débit maximum de fluide qui peut être autorisé entre les deux évidements est par exemple inférieur à 5% du débit total de fluide, de préférence inférieur à 1% du débit total de fluide.
Avantageusement et de manière non limitative, pour des raisons de simplicité et d'efficacité de l'obturation, la partie d'ajustement de l'obturateur et l'orifice interne peuvent présenter chacun une forme cylindrique.
De manière similaire, la partie de fixation de l'obturateur et l'orifice externe peuvent présenter chacun une forme cylindrique.
Notamment, la partie de fixation de l'obturateur peut présenter une forme cylindrique de diamètre supérieur à une forme cylindrique de la partie d'ajustement. L'obturateur peut alors être formé de manière simple de deux parties cylindriques de diamètres différents, par exemple de deux cylindres pleins.
Avantageusement et de manière non limitative, l'orifice externe peut présenter un épaulement à son extrémité adjacente à un évidement, épaulement contre lequel est en appui la partie de fixation de l'obturateur parallèlement à l'axe de l'orifice externe. Autrement dit, l'orifice externe présente une section réduite du côté de son extrémité adjacente à un évidement. Ceci permet d'éviter que l'obturateur ne tombe à l'intérieur de l'évidement.
Avantageusement et de manière non limitative, la pièce métallique peut comprendre au moins deux ou au moins trois orifices internes traversant une paroi interne séparant deux évidements. En particulier, le nombre minimum d'orifices peut être choisi de manière à assurer un bon déroulement du moulage en boîte froide ou chaude de la pièce métallique, à savoir éviter un déplacement relatif des noyaux du moule en cours de moulage. Le nombre maximum d'orifices peut être choisi de manière à ne pas dépasser un débit de fluide maximal autorisé entre les évidements de la pièce métallique finie, débit maximal déterminé en fonction de l'application envisagée.
La pièce métallique selon l'invention peut être plus particulièrement une culasse de moteur à combustion interne, par exemple en aluminium.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une pièce métallique comprenant une paroi externe délimitant au moins deux évidements internes séparés par une paroi interne, comprenant les étapes suivantes :
(i) réaliser un moule en sable comprenant au moins deux noyaux, deux noyaux adjacents étant reliés par au moins un plot de liaison qui formera un orifice interne entre les évidements de la pièce métallique finie ;
(ii) injecter le métal fondu à l'intérieur du moule en sable,
(iii) après refroidissement du métal, éliminer le moule en sable et extraire les noyaux en sable des évidements,
(iv) réaliser au moins un orifice externe dans la paroi externe d'axe confondu avec l'axe d'un orifice interne laissé par le plot, cet orifice externe étant obtenu en réalisant de manière adaptée le moule de l'étape (i) et/ ou étant obtenu par usinage,
(v) insérer à l'intérieur de l'orifice externe un obturateur comprenant une partie de fixation et une partie d'ajustement coaxiale avec la partie de fixation, la partie d'ajustement étant configurée de manière à obturer la plus grande partie de la section de passage dudit orifice interne sans entrer en contact avec une paroi dudit orifice interne ;
(vi) fixer la partie de fixation de manière étanche à l'intérieur de l'orifice externe, la partie d'ajustement étant insérée à l'intérieur de l'orifice interne associé audit orifice externe, sans entrer en contact avec une paroi dudit orifice interne.
Notamment, à l'étape (i) de réalisation du moule, un procédé par moulage en boîte froide ou en boîte chaude peut être utilisé, ce qui permettra de faciliter l'extraction du moule à l'étape (iii). Ce procédé est notamment destiné à la fabrication de la pièce métallique selon l'invention et notamment adapté à la fabrication d'une culasse de moteur à combustion interne.
L'invention concerne ainsi également un moteur à combustion interne comprenant une pièce métallique, notamment une culasse, selon l'invention ou obtenue par le procédé selon l'invention.
L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe d'une pièce métallique selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 2 est un agrandissement de la vue en coupe de la figure
1 ;
- la figure 3 est une représentation partielle en perspective des noyaux d'un moule utilisé pour réaliser une pièce métallique selon un mode de réalisation de l'invention.
La figure 1 représente schématiquement une pièce métallique 10 comprenant une paroi externe 12 délimitant au moins deux évidements internes 14, 16 séparés par une paroi interne 18.
La pièce métallique 10 comprenant en outre :
- au moins un orifice interne 20 traversant la paroi interne 18 et reliant les évidements 14, 16 et,
un orifice externe 22 associé à chaque orifice interne 20 et traversant la paroi externe 12, les axes 20a, 22a respectivement de l'orifice interne 20 et de l'orifice externe 22 associé étant confondus.
Chaque orifice interne 20 est ainsi accessible via l'orifice externe 22 associé.
La pièce métallique 10 comprend également un obturateur 24, représenté uniquement figure 2, associé à chaque couple d'orifices interne 20 et externe 22 et comprenant :
- une partie de fixation 24a fixée de manière étanche à l'intérieur de l'orifice externe 22,
une partie d'ajustement 24b coaxiale avec la partie de fixation 24a et insérée à l'intérieur de l'orifice interne 20 associé à l'orifice externe 22.
Cette partie d'ajustement 24b est configurée de manière à obturer la plus grande partie de la section de passage dudit orifice interne 20 sans entrer en contact avec une paroi 20b dudit orifice interne 20. Ainsi, on observe en permanence un jeu J entre la partie d'ajustement 24b et l'orifice interne 20, perpendiculairement à l'axe 20a de l'orifice interne 20 (figure 2). Pour une pièce métallique réalisée en aluminium par moulage en boîte froide ou chaude, le jeu J peut être de l'ordre de 40 à 100 μπι.
Ledit jeu permet ainsi une communication de fluide entre les deux évidements via l'orifice interne 20 nulle ou quasiment nulle, c'est-à-dire que le débit de fluide traversant l'orifice interne reliant les deux évidements est très inférieur au débit de fluide circulant dans lesdits évidements, par exemple égal à 5% au plus du débit de fluide circulant dans lesdits évidements.
Les évidements internes 14 et 16 sont destinés à la circulation de fluide de refroidissement et sont connectés à un circuit de dégazage (non représenté) destiné à diriger des bulles de gaz susceptibles de s'accumuler dans les parties supérieures desdits évidements, vers l'extérieur de la pièce métallique 10.
De manière préférentielle, les évidements internes 14, 16 comprennent un évidement inférieur 16 disposé en-dessous d'un évidement supérieur 14 dans une position d'utilisation de ladite pièce métallique 10.
Cet agencement particulier permet de faciliter le dégazage des fluides circulant dans la pièce métallique 10, une partie des gaz contenus dans les fluides circulant dans les évidements, notamment l'évidement inférieur, pouvant remonter de l'évidement inférieur 16 vers l'évidement supérieur 14 en passant par le jeu entre la partie d'ajustement 24b et l'orifice interne 20 et s'évacuer ensuite par le circuit de dégazage (non représenté) connecté avec l'évidement supérieur 14. L'orifice interne 20 et ladite partie d'ajustement 24b font alors partie du circuit de dégazage des fluides circulant dans les évidements internes.
La section de passage est définie comme la surface perpendiculaire à l'axe 20a de l'orifice interne 20. La partie d'ajustement 24b est ainsi configurée de manière à obturer au maximum cette section de passage sans entrer en contact avec la paroi 20b de l'orifice.
Notamment, la partie d'ajustement 24b est suffisamment longue pour obturer l'orifice interne 20 sur toute sa longueur (mesurée parallèlement à son axe 20a).
Dans le mode de réalisation représenté, les orifices internes 20 et externes 22 sont cylindriques et l'obturateur 24 est constitué d'une partie supérieure formant la partie de fixation 24a en forme de cylindre creux et d'une partie inférieure formant la partie d'ajustement 24b en forme de cylindre plein de diamètre inférieur à la partie de fixation 24a.
L'orifice externe 22 comprend en outre un épaulement 23 à son extrémité adjacente à l'évidement 14, épaulement 23 contre lequel est en appui la partie de fixation 24a de l'obturateur 24 parallèlement à l'axe 20a.
De manière générale, l'obturateur 24 est en métal, par exemple en acier, de préférence en acier inoxydable, ou tout autre métal ou alliage adapté pour l'application envisagée.
La partie de fixation 24a de l'exemple représenté est configurée pour être frettée à l'intérieur de l'orifice externe 22. Lorsque l'obturateur est fixé via sa partie de fixation 24a à la paroi externe 12, sa partie d'ajustement 24b est insérée à l'intérieur de l'orifice interne 20, de préférence sur toute la longueur de ce dernier suivant son axe 20a, comme dans l'exemple représenté sur la figure 2.
En variante, la partie de fixation 24a pourrait être formée d'un cylindre plein. En outre, la fixation peut être obtenue par tout autre moyen habituellement utilisé (vissage ou autre).
La pièce métallique 10 décrite ci-dessus peut être obtenue par un procédé de fabrication comprenant les étapes décrites ci-après.
Au cours d'une première étape (i), on réalise un moule en sable 30 comprenant au moins deux noyaux 32, 34, deux noyaux adjacents étant reliés par au moins un plot 36 de liaison qui formera un orifice interne entre les évidements de la pièce métallique finie. La figure 3 ne représente que les noyaux 32 et 34 de ce moule en sable 30, noyaux reliés par deux plots 36. Les noyaux 32 et 34 formeront après moulage les évidements 14 et 16 de la pièce métallique 10 respectivement.
Le métal fondu est ensuite injecté à l'intérieur du moule 30 en sable lors d'une deuxième étape (ii).
Au cours d'une étape (iii), après refroidissement du métal, on élimine le moule en sable 30 et on extrait les noyaux en sable 32, 34 des évidements formés,
Lors d'une étape (iv), on réalise ensuite au moins un orifice externe 22 dans la paroi externe 12, d'axe 22a confondu avec l'axe 20a d'un orifice interne 20 laissé par un plot 36, cet orifice externe 22 étant obtenu en réalisant de manière adaptée le moule de l'étape (i) et/ou étant obtenu par usinage (le positionnement de l'orifice externe étant par exemple déterminé par une chaîne de cotes).
Au cours d'une étape (v), on insère à l'intérieur de l'orifice externe 22 un obturateur 24 comprenant une partie de fixation 24a et une partie d'ajustement 24b coaxiale avec la partie de fixation, la partie d'ajustement étant configurée de manière à obturer la plus grande partie de la section de passage dudit orifice interne sans entrer en contact avec la paroi 20b dudit orifice interne 20.
Enfin, au cours de l'étape (vi), on fixe la partie de fixation 20a de manière étanche à l'intérieur de l'orifice externe 22, la partie d'ajustement 24b étant insérée à l'intérieur de l'orifice interne 20 associé audit orifice externe, sans entrer en contact avec la paroi 20b dudit orifice interne 20.
Une pièce métallique présentant des évidements dont les orifices internes sont quasiment obturés peut ainsi être réalisée par un procédé peu coûteux, tel que le moulage en boîte à froid ou en boîte à chaud, l'obturation n'appliquant aucune contrainte mécanique préjudiciable à la tenue de la paroi interne séparant les évidements.

Claims

REVENDICATIONS
1. Pièce métallique (10) comprenant une paroi externe (22) délimitant au moins deux évidements internes (14, 16) séparés par une paroi interne (18), ladite pièce métallique comprenant en outre :
au moins un orifice interne (20) traversant ladite paroi interne (18) et reliant lesdits évidements (14, 16),
un orifice externe (22) associé à chaque orifice interne (20) et traversant ladite paroi externe (12), les axes respectifs (20a, 22a) de l'orifice interne (20) et de l'orifice externe (22) associé étant confondus, un obturateur (24) associé à chaque couple d'orifices interne (20) et externe (20) et comprenant :
une partie de fixation (24a) fixée de manière étanche à l'intérieur de l'orifice externe (22),
- une partie d'ajustement (24b) coaxiale avec la partie de fixation (20a) et insérée à l'intérieur de l'orifice interne (20) associé audit orifice externe (22), la partie d'ajustement (24b) étant configurée de manière à obturer la plus grande partie de la section de passage dudit orifice interne (20) sans entrer en contact avec une paroi (20b) dudit orifice interne (20), de sorte qu'une communication de fluide entre les évidements internes (14, 16) via l'orifice interne (20) est rendue nulle ou quasiment nulle.
2. Pièce métallique (10) selon la revendication 1 , caractérisée en ce que la partie d'ajustement (24b) de l'obturateur est conformée de sorte qu'un jeu (J), mesuré perpendiculairement à l'axe (20a) de l'orifice interne (20), existe entre la partie d'ajustement (24b) et l'orifice interne (20), ce jeu (J) étant compris entre un jeu minimum et un jeu maximum, le jeu minimum étant défini de sorte que la partie d'ajustement n'entre pas en contact avec l'orifice interne, le jeu maximum résultant des dispersions de fabrication.
3. Pièce métallique (10) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la partie d'ajustement (24b) de l'obturateur et l'orifice interne (20) présentent chacun une forme cylindrique.
4. Pièce métallique (10) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la partie de fixation (24a) de l'obturateur et l'orifice externe (22) présentent chacun une forme cylindrique.
5. Pièce métallique (10) selon la revendication 4, caractérisée en ce que la partie de fixation (24a) de l'obturateur présente une forme cylindrique de diamètre supérieur à une forme cylindrique de la partie d'ajustement (24b).
6. Pièce métallique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'orifice externe (22) présente un épaulement (23) à son extrémité adjacente à un évidement (14), épaulement (23) contre lequel est en appui la partie de fixation (24a) de l'obturateur parallèlement à l'axe (20a) de l'orifice externe (20).
7. Pièce métallique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux ou au moins trois orifices internes (20) traversant une paroi interne séparant deux évidements.
8. Pièce métallique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle forme une culasse de moteur à combustion interne.
9. Procédé de fabrication d'une pièce métallique (10) comprenant une paroi externe (12) délimitant au moins deux évidements internes (14, 16) séparés par une paroi interne (18), comprenant les étapes suivantes :
(i) réaliser un moule en sable (30) comprenant au moins deux noyaux (32, 34), deux noyaux adjacents (32, 34) étant reliés par au moins un plot de liaison (36) qui formera un orifice interne (20) entre les évidements (14, 16) de la pièce métallique finie;
(ii) injecter le métal fondu à l'intérieur du moule en sable (30), (iii) après refroidissement du métal, éliminer le moule en sable
(30) et extraire les noyaux en sable (32, 34) des évidements (14, 16),
(iv) réaliser au moins un orifice externe (22) dans la paroi externe (12) d'axe (22a) confondu avec l'axe (20a) d'un orifice interne (20) laissé par le plot (36), cet orifice externe (22) étant obtenu en réalisant de manière adaptée le moule de l'étape (i) et/ ou étant obtenu par usinage,
(v) insérer à l'intérieur de l'orifice externe (22) un obturateur (24) comprenant une partie de fixation (24a) et une partie d'ajustement (24b) coaxiale avec la partie de fixation (24a), la partie d'ajustement (24b) étant configurée de manière à obturer la plus grande partie de la section de passage dudit orifice interne (20) sans entrer en contact avec une paroi (20b) dudit orifice interne (20) ; (vi) fixer la partie de fixation (24a) de manière étanche à l'intérieur de l'orifice externe (22), la partie d'ajustement (24b) étant insérée à l'intérieur de l'orifice interne (20) associé audit orifice externe (22), sans entrer en contact avec une paroi (20b) dudit orifice interne (20).
10. Moteur à combustion interne comprenant une pièce métallique (10), notamment une culasse, selon l'une des revendications 1 à 8 ou obtenue par le procédé de la revendication 9.
1 1. Moteur à combustion interne selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite pièce métallique (10) est disposée de sorte que les évidements internes (16, 14) soient disposés l'un au-dessus de l'autre afin de former un évidement supérieur (14) et un évidement inférieur (16), ledit évidement supérieur étant relié à un circuit de dégazage.
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