FR2831086A1

FR2831086A1 - Casting of metal components using cores produced by hardening resinated foundry sand introduced into a casting mold and casting the liquid metal under pressure

Info

Publication number: FR2831086A1
Application number: FR0113536A
Authority: FR
Inventors: Joseph Ferrando; Jose Marie Sole
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2001-10-19
Publication date: 2003-04-25
Anticipated expiration: 2021-10-19
Also published as: FR2831086B1

Abstract

Casting of metal components including a part formed by a core, incorporates a core fabrication stage in which: (a) the core (6a,6b,6c,6d,6e) is produced by molding a mixture of 96 - 98 % of foundry sand and 4 - 2 % of a resin containing at least 50 % of acrylic copolymer and a peroxide hardener; (b) the core is hardened by contact with a gas containing 90 - 95 % of CO2 and 10 - 5 % of SO2; (c) the core is then placed in a casting mold (4) and the liquid metal is cast into the mold at a pressure of at least 35 MPa. An Independent claim is also included for the fabrication of an internal combustion engine cylinder head.

Description

L'invention concerne un procédé et un dispositif de fabrication par coulée de pièces métalliques comportant au moins une partie formée par noyautage et plus particulièrement d'une pièce métallique mettant en oeuvre des noyaux de formes complexes et occupant un volume important de la pièce, au moment de la coulée. The invention relates to a method and a device for manufacturing by casting metal parts comprising at least one part formed by coring and more particularly of a metal part using cores of complex shapes and occupying a large volume of the part, pouring time.

L'invention concerne en particulier la fabrication d'une culasse pour un moteur à combustion interne de véhicule automobile à haute performance. The invention relates in particular to the production of a cylinder head for an internal combustion engine of a high performance motor vehicle.

Les constructeurs automobiles ont actuellement pour but, en particulier, d'améliorer les performances des moteurs des véhicules automobiles tout en réduisant la consommation de carburant et en diminuant les rejets de polluants de ces moteurs. Automobile manufacturers currently aim, in particular, to improve the performance of motor vehicle engines while reducing fuel consumption and reducing the emission of pollutants from these engines.

L'un des moteurs développés et utilisés par les constructeurs automobiles qui présente les perspectives les plus prometteuses est le moteur diesel à injection directe perfectionné tel que le moteur de type Hot développé à l'intérieur du Groupe PSA. One of the engines developed and used by automobile manufacturers which presents the most promising prospects is the advanced direct injection diesel engine such as the Hot type engine developed within the PSA Group.

L'un des problèmes rencontrés lors des études pour l'amélioration des performances et de la fiabilité des moteurs HDI concerne la réalisation de la culasse de ce moteur. One of the problems encountered during studies to improve the performance and reliability of HDI engines concerns the production of the cylinder head of this engine.

En effet, cette pièce est l'une des plus difficiles à réaliser, parmi toutes les pièces obtenues par les techniques de fonderie. Indeed, this part is one of the most difficult to produce, among all the parts obtained by foundry techniques.

En particulier, la pièce est fortement noyautée, c'est-à-dire qu'elle comporte des noyaux en grand nombre et de forme complexe qui constituent une partie importante du volume de la pièce à l'intérieur du moule de coulée. In particular, the part is strongly cored, that is to say that it comprises cores in large numbers and of complex shape which constitute an important part of the volume of the part inside the casting mold.

En outre, dans le cadre de l'amélioration des performances et de la fiabilité des moteurs HDI, on cherche à renforcer localement la culasse par un composite à matrice métallique (CMM). L'intégration d'un tel composite à matrice métallique dans une pièce aussi complexe que la culasse fortement noyautée pose des problèmes très difficiles à résoudre. In addition, in the context of improving the performance and reliability of HDI engines, efforts are being made to locally reinforce the cylinder head with a metal matrix composite (CMM). The integration of such a metal matrix composite in a part as complex as the heavily cored cylinder head poses very difficult problems to solve.

Pour repousser les limites de performances en augmentant la fiabilité de la culasse, les concepteurs de moteurs pourraient éventuellement envisager de modifier profondément l'architecture de la culasse, de façon à ré- To push the limits of performance by increasing the reliability of the cylinder head, engine designers could possibly consider modifying the architecture of the cylinder head in such a way as to

pondre aux exigences concernant les niveaux de sollicitation de la culasse, au lieu d'envisager l'utilisation d'un composite à matrice métallique assurant le renforcement de certaines parties de la culasse. Cependant, une modification profonde des formes des culasses demanderait de remplacer les machines utilisées pour l'usinage des culasses sur les lignes de fabrication des constructeurs automobiles. meet the requirements concerning the levels of stress on the cylinder head, instead of considering the use of a metal matrix composite ensuring the reinforcement of certain parts of the cylinder head. However, a major modification of the cylinder head shapes would require replacing the machines used for machining cylinder heads on the production lines of automobile manufacturers.

Malgré les difficultés rencontrées pour la fabrication de pièces renforcées par un composite à matrice métallique, cette solution paraît préférable, dans la mesure où elle ne nécessite pas d'investissements importants concernant l'usinage des culasses. Despite the difficulties encountered in the manufacture of parts reinforced with a metal matrix composite, this solution seems preferable, insofar as it does not require significant investment concerning the machining of cylinder heads.

De manière plus générale, dans le cas de pièces fortement noyautées pour lesquelles on recherche une très bonne santé du métal, les noyaux doivent répondre à des exigences qui peuvent paraître contradictoires. More generally, in the case of heavily cored parts for which a very good health of the metal is sought, the cores must meet requirements which may appear contradictory.

En effet, les noyaux introduits dans le moule de la pièce doivent tenir à la pression exercée sur le métal, par exemple lorsqu'on veut améliorer la santé du métal coulé ou infiltrer un composite de renforcement, par un procédé tel que le procédé d'infiltration à la coulée sous haute pression (ICHP). Indeed, the cores introduced into the mold of the part must withstand the pressure exerted on the metal, for example when one wants to improve the health of the cast metal or infiltrate a reinforcing composite, by a process such as the process of high pressure casting infiltration (ICHP).

En outre, les noyaux doivent pouvoir être détruits de manière aisée pour être éliminés des parties creuses de la pièce après coulée. Ils doivent être étanches, de manière que le métal ne pénètre pas à l'intérieur des noyaux pendant la coulée sous pression. In addition, the cores must be easy to destroy in order to be removed from the hollow parts of the part after casting. They must be waterproof, so that the metal does not penetrate inside the cores during die casting.

En outre, pour assurer un très bon moulage de la pièce, il faut isoler le métal des parois du moule et lubrifier ces parois, par un poteyage dont la mise en oeuvre peut être très difficile dans le cas de la coulée de certaines pièces. In addition, to ensure a very good molding of the part, it is necessary to isolate the metal from the walls of the mold and to lubricate these walls, by a coating, the implementation of which can be very difficult in the case of the casting of certain parts.

Il est également nécessaire de pouvoir effectuer un nettoyage satisfaisant de toutes les parties creuses de la pièce, après démoulage et dénoyautage. It is also necessary to be able to carry out a satisfactory cleaning of all the hollow parts of the part, after demolding and coring.

Toutes ces conditions peuvent être contradictoires quant à la nature des noyaux et quant au procédé à mettre en oeuvre pour réaliser les différentes phases du moulage des pièces. All these conditions can be contradictory as to the nature of the cores and as to the process to be implemented to carry out the different phases of the molding of the parts.

Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de fabrication par coulée d'une pièce métallique comportant au moins une partie formée The object of the invention is therefore to propose a method of manufacturing by casting a metal part comprising at least one formed part.

par un noyautage, consistant à fabriquer au moins un noyau dans une boîte à noyau, à mettre le noyau en place dans le moule et à couler un métal liquide dans le moule au contact du noyau, ce procédé permettant de fabriquer des pièces complexes fortement noyautées pouvant être renforcées par un insert tel qu'un composite à matrice métallique. by coring, consisting of manufacturing at least one core in a core box, placing the core in place in the mold and pouring a liquid metal into the mold in contact with the core, this process making it possible to manufacture complex parts which are strongly cored can be reinforced with an insert such as a metal matrix composite.

Dans ce but : - on réalise le noyau par moulage d'un mélange comportant, en masse, de 96 % à 98 % de sable de fonderie et de 4 % à 2 % d'une résine renfermant au moins 50 % de copolymère acrylique et un durcisseur constitué par un peroxyde, - on durcit le noyau au contact d'un gaz durcisseur constitué, en vo- lume, de 90 % à 95 % de C02 et de 10 % à 5 % de 802, - on place le noyau dans un moule de coulée de la pièce métallique, et - on coule le métal liquide dans le moule et on soumet le métal liquide à une pression d'au moins 35 MPa. For this purpose: - the core is produced by molding a mixture comprising, by mass, from 96% to 98% of foundry sand and from 4% to 2% of a resin containing at least 50% of acrylic copolymer and a hardener consisting of a peroxide, - the core is hardened in contact with a hardening gas consisting, in volume, of 90% to 95% of CO2 and from 10% to 5% of 802, - the core is placed in a mold for casting the metal part, and - the liquid metal is poured into the mold and the liquid metal is subjected to a pressure of at least 35 MPa.

L'invention s'applique en particulier à la fabrication de culasses en aluminium pour moteur HDI renforcées par un insert. The invention applies in particular to the manufacture of aluminum cylinder heads for HDI engines reinforced with an insert.

Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation du procédé suivant l'invention pour la fabrication d'une culasse telle qu'une culasse en aluminium d'un moteur HDI. In order to clearly understand the invention, we will now describe, by way of example, with reference to the attached figures, an embodiment of the method according to the invention for the manufacture of a cylinder head such as a aluminum cylinder head of an HDI engine.

La figure 1 est une vue en coupe d'un moule et de noyaux pour la fabrication d'une culasse, pendant le moulage de la culasse en aluminium. Figure 1 is a sectional view of a mold and cores for the manufacture of a cylinder head, during the molding of the aluminum cylinder head.

La figure 2 est une vue en perspective des attaques de coulée du moule représenté sur la figure 1. FIG. 2 is a perspective view of the mold attacks shown in FIG. 1.

Comme il est visible sur la figure 1, le moulage de la culasse est ré- alisé dans un moule en deux parties comportant une empreinte fixe 1 et une empreinte mobile 2 qui sont rapportées l'une contre l'autre pour le moulage suivant un plan de joint 3. L'empreinte 4 du moule dans laquelle on coule l'aluminium de la culasse comporte une partie inférieure 4a communiquant avec un canal d'injection de métal liquide sous pression 5 et une partie su- As can be seen in FIG. 1, the molding of the cylinder head is carried out in a two-part mold comprising a fixed imprint 1 and a movable imprint 2 which are attached to each other for molding along a plane seal 3. The cavity 4 of the mold into which the aluminum of the cylinder head is poured comprises a lower part 4a communicating with a liquid metal injection channel under pressure 5 and a part

périeure 4b dans laquelle sont disposés les noyaux utilisés pour le moulage de la culasse. 4b in which are arranged the cores used for molding the cylinder head.

La culasse est une pièce de forme complexe comportant de nombreuses parties creuses nécessitant l'utilisation de nombreux noyaux. The cylinder head is a part of complex shape comprising numerous hollow parts requiring the use of numerous cores.

Sur la figure 1, on a représenté cinq noyaux 6a, 6b, 6c, 6d et 6e qui sont respectivement, le noyau de cadre, un noyau de chambre d'eau, un noyau d'échappement, un noyau d'admission tangentielle et un noyau d'admission hélicoïdale pour former les différentes parties creuses de la culasse. Le noyau de chambre d'eau 6b est lui-même constitué de plusieurs parties de forme complexe. In Figure 1, there are shown five cores 6a, 6b, 6c, 6d and 6e which are respectively, the frame core, a water chamber core, an exhaust core, a tangential intake core and a helical intake core to form the different hollow parts of the cylinder head. The water chamber core 6b itself consists of several parts of complex shape.

Avant d'effectuer la coulée, on introduit de plus dans le moule un élément de renforcement 7 qui peut être constitué par une préforme pour composite à matrice métallique. La préforme 7 est un élément poreux qui doit être pénétré par le métal liquide au moment de la coulée. On exerce donc, sur le métal coulé introduit dans le canal d'admission 5, une pression qui est généralement supérieure à 35 MPa (350 bars), par l'intermédiaire d'un piston se déplaçant dans le canal 5. Before carrying out the casting, a reinforcing element 7 is further introduced into the mold which may be constituted by a preform for a composite with a metal matrix. The preform 7 is a porous element which must be penetrated by the liquid metal at the time of casting. A pressure is therefore exerted on the cast metal introduced into the intake channel 5 which is generally greater than 35 MPa (350 bars), by means of a piston moving in the channel 5.

Les noyaux 6a, 6b, 6c, 6d et 6e utilisés pour le moulage de la culasse sous pression doivent résister à la pression du métal liquide et donc présenter une compacité suffisante ; toutefois, ces noyaux doivent pouvoir se détruire facilement pour être éliminés des parties creuses de la culasse après le moulage et le refroidissement du métal liquide. Ces deux conditions sont contradictoires. The cores 6a, 6b, 6c, 6d and 6e used for molding the cylinder head under pressure must withstand the pressure of the liquid metal and therefore have sufficient compactness; however, these cores must be able to be easily destroyed in order to be removed from the hollow parts of the cylinder head after the casting and cooling of the liquid metal. These two conditions are contradictory.

En outre, les noyaux doivent être étanches, pour éviter une infiltration de métal liquide au moment de la coulée sous pression. Il est de plus nécessaire de prévoir un poteyage du moule pour isoler les parois du moule du métal liquide et lubrifier ces parois. Un tel poteyage ne doit introduire aucune substance gazeuse dans le métal liquide qui serait susceptible de diminuer la santé et la qualité de la pièce coulée. In addition, the cores must be sealed, to avoid infiltration of liquid metal during the casting. It is moreover necessary to provide a poteyage of the mold to isolate the walls of the mold from the liquid metal and to lubricate these walls. Such a coating must not introduce any gaseous substance into the liquid metal which would be likely to reduce the health and the quality of the casting.

De manière à pouvoir satisfaire ces exigences, soit contradictoires, soit difficiles à atteindre, on a imaginé un procédé de coulée comportant une fabrication préalable de noyaux par moulage dans une boîte à noyau qui In order to be able to satisfy these requirements, either contradictory or difficult to achieve, a casting process has been devised comprising a prior fabrication of cores by molding in a core box which

permette de satisfaire les exigences rappelées plus haut en ce qui concerne les noyaux. meets the requirements mentioned above with regard to the cores.

Une première étape du procédé de fabrication des noyaux consiste à préparer un mélange qui est ensuite introduit, moulé, puis durci dans des boîtes à noyaux correspondant à la forme des noyaux utilisés pour la fabrication de la culasse. A first step in the core manufacturing process is to prepare a mixture which is then introduced, molded and then hardened in core boxes corresponding to the shape of the cores used for the manufacture of the cylinder head.

Le mélange pour la fabrication des noyaux est principalement constitué par du sable de fonderie qui peut être en particulier du zircon (silicate de zirconium) ou de la silice. The mixture for manufacturing the cores is mainly constituted by foundry sand which can in particular be zircon (zirconium silicate) or silica.

Dans le cas où l'on utilise du zircon, le sable est constitué par un mélange de particules de deux granulométries différentes et généralement de 70 % de particules de granulométrie 70 AFS et 30 % de particules de granulométrie 120 AFS. In the case where zircon is used, the sand is constituted by a mixture of particles of two different particle sizes and generally of 70% of particles with particle size 70 AFS and 30% of particles with particle size 120 AFS.

Dans le cas où l'on utilise de la silice, la granulométrie du sable peut être comprise entre 40 et 90 AFS et par exemple de l'ordre de 55 AFS. In the case where silica is used, the particle size of the sand can be between 40 and 90 AFS and for example of the order of 55 AFS.

On réalise un mélange renfermant, en masse de 96 % à 98 % de sable et de 4 % à 2 % d'une résine à laquelle est ajouté un durcisseur. A mixture is produced containing, by mass, from 96% to 98% of sand and from 4% to 2% of a resin to which a hardener is added.

Dans le cas de l'utilisation du zircon, la proportion de la résine est plus proche de 2 % et, dans le cas de l'utilisation du silice, plus proche de 4 % qui sont les bornes de l'intervalle des pourcentages en masse de résine. In the case of the use of zircon, the proportion of the resin is closer to 2% and, in the case of the use of silica, closer to 4% which are the limits of the range of the percentages by mass resin.

On peut par exemple utiliser une résine commercialisée par la société ASHLAND ayant la référence Isocet 2015. One can for example use a resin sold by the company ASHLAND having the reference Isocet 2015.

La résine Isocet est à base de copolymère acrylique et renferme au moins 50 % de copolymère acrylique et généralement de l'ordre de 60 %. The Isocet resin is based on acrylic copolymer and contains at least 50% of acrylic copolymer and generally of the order of 60%.

On utilise un durcisseur qui est un peroxyde de cumène dans une proportion en masse de 5 % par rapport à la quantité de résine. A hardener is used which is a cumene peroxide in a proportion by mass of 5% relative to the amount of resin.

Le mélange homogène de résine et de sable est introduit dans les boîtes à noyau et soumis à un gazage effectué par un mélange de gaz carbonique C02 dans une proportion volumique de 90 % à 95 % et d'anhydride sulfureux S02 dans une proportion volumique de 10 % à 5 %. On réalise un lavage et un gazage des noyaux à l'intérieur des boîtes à noyaux par le mélange de gaz, le rapport des temps de lavage et de gazage étant de l'ordre de 1/5ème. The homogeneous mixture of resin and sand is introduced into the core boxes and subjected to a gassing carried out by a mixture of carbon dioxide C02 in a volume proportion of 90% to 95% and sulfur dioxide S02 in a volume proportion of 10 % at 5 %. The cores are washed and gassed inside the core boxes by the gas mixture, the ratio of washing and gassing times being of the order of 1 / 5th.

La quantité totale d'anhydride sulfureux SO2 utilisée pour le durcissement des noyaux représente, en masse, de 15 % à 20 % de la masse de la résine. On peut ainsi régler le débit et le temps d'injection du gaz dans les boîtes à noyaux. The total quantity of sulfur dioxide SO2 used for hardening the cores represents, by mass, from 15% to 20% of the mass of the resin. It is thus possible to adjust the flow rate and the injection time of the gas into the core boxes.

A l'issue du durcissement, les caractéristiques mécaniques des noyaux à la vitesse de déformation de 0,2 mm/s, à la température ambiante, sont les suivantes : - contrainte à la rupture en compression, de 8 à 10 MPa ; - contrainte à la rupture en flexion : 6 à 8 MPa. At the end of hardening, the mechanical characteristics of the cores at the deformation speed of 0.2 mm / s, at room temperature, are as follows: - compressive breaking stress, from 8 to 10 MPa; - stress at break in bending: 6 to 8 MPa.

Ces caractéristiques mécaniques se comparent très favorablement aux caractéristiques mécaniques correspondantes des noyaux habituellement utilisés pour le moulage de pièces en aluminium telles que des culasses, la contrainte à la rupture en compression de tels noyaux étant de 1 à 3 MPa. Les caractéristiques mécaniques très fortement améliorées des noyaux sont dues à la forte proportion de résine (2 % à 4 % en masse au lieu de 1 % habituellement), ainsi qu'à l'utilisation d'un gaz de durcissement de composition bien définie. These mechanical characteristics compare very favorably with the corresponding mechanical characteristics of the cores usually used for the molding of aluminum parts such as cylinder heads, the stress at rupture in compression of such cores being from 1 to 3 MPa. The very greatly improved mechanical characteristics of the cores are due to the high proportion of resin (2% to 4% by mass instead of 1% usually), as well as to the use of a hardening gas of well defined composition.

Les pièces obtenues ont une parfaite santé métallurgique et en particulier ne présentent pas de porosité due à un dégagement gazeux. De manière surprenante, malgré l'utilisation d'une proportion forte de résine, le dégagement gazeux accru dans le moule au moment de la coulée ne se traduit pas par l'apparition de défauts dans la pièce coulée. On peut supposer que la mise sous pression du métal liquide, pendant la coulée, s'oppose à la sortie de gaz des noyaux incorporant une forte proportion de résine. The parts obtained have perfect metallurgical health and in particular do not have porosity due to gas evolution. Surprisingly, despite the use of a high proportion of resin, the increased gas evolution in the mold at the time of casting does not result in the appearance of defects in the casting. It can be assumed that the pressurization of the liquid metal, during casting, opposes the gas outlet from the cores incorporating a high proportion of resin.

De manière à éviter une infiltration de métal liquide sous pression à l'intérieur des noyaux, il est nécessaire de déposer sur les noyaux, avant de les placer dans le moule de coulée, une ou plusieurs couches s'opposant au passage du métal liquide dans les porosités du noyau. In order to avoid an infiltration of liquid metal under pressure inside the cores, it is necessary to deposit on the cores, before placing them in the casting mold, one or more layers opposing the passage of the liquid metal in the porosities of the nucleus.

Dans le cas du procédé suivant l'invention, on applique au moins deux couches et généralement trois couches au trempé sur le noyau. Une première couche réalise une imperméabilisation de la partie superficielle du noyau en pénétrant à l'intérieur des porosités, la deuxième couche recouvre In the case of the method according to the invention, at least two layers and generally three layers are applied by dipping on the core. A first layer waterproofs the surface part of the core by penetrating inside the pores, the second layer covers

la surface du noyau et la troisième couche s'oppose au mouillage des noyaux par l'alliage d'aluminium coulé. the core surface and the third layer oppose wetting of the cores by the cast aluminum alloy.

La première couche déposée sur les noyaux doit pénétrer dans l'épaisseur des noyaux sur une profondeur d'environ 0,5 mm à 1 mm. Cette couche doit être mouillante avec un faible seuil d'écoulement et un taux de charge minérale élevé. Le diamètre des particules constituant la première couche de recouvrement des noyaux doit être plus faible que les pores des noyaux. De ce fait, la première couche assure une étanchéité des noyaux en bouchant les pores de ces noyaux. La première couche est déposée au trempé sur les noyaux qui sont plongés à l'intérieur d'une suspension de type argileux ou barbotine argileuse. Les noyaux sont ensuite séchés dans une étuve à une température de 60 C à 130 C. The first layer deposited on the cores must penetrate the thickness of the cores to a depth of approximately 0.5 mm to 1 mm. This layer must be wetting with a low flow threshold and a high mineral filler rate. The diameter of the particles constituting the first covering layer of the nuclei must be smaller than the pores of the nuclei. Therefore, the first layer seals the nuclei by blocking the pores of these nuclei. The first layer is deposited by soaking on the cores which are immersed inside a suspension of the clay type or clay slip. The cores are then dried in an oven at a temperature of 60 C to 130 C.

La seconde couche doit recouvrir la première couche afin de réaliser une couche en surépaisseur imperméabilisant le noyau. La perméabilité du noyau à l'issue du dépôt de la seconde couche doit être inférieure à 10 GF selon la norme GEUG FISHER (Echelle de 0 à 500 GF, buse de diamètre 1,5 mm et dépression de 0 à 100 mm d'eau). The second layer must cover the first layer in order to make an extra layer waterproofing the core. The permeability of the core after the deposition of the second layer must be less than 10 GF according to the GEUG FISHER standard (Scale from 0 to 500 GF, nozzle with diameter 1.5 mm and depression from 0 to 100 mm of water ).

Initialement, le noyau a une perméabilité de 80 GF à 120 GF, lorsque le noyau est constitué principalement de sable zircon et une perméabilité de 120 GF à 200 GF, lorsque les noyaux sont réalisés sous forme siliceuse. Initially, the core has a permeability of 80 GF to 120 GF, when the core consists mainly of zircon sand and a permeability of 120 GF to 200 GF, when the cores are produced in siliceous form.

La troisième couche déposée éventuellement sur les noyaux est à base de graphite, de carbone amorphe, de silicate de sodium ou de potassium ou de silice colloïdale, en suspension dans l'eau. Les noyaux sont trempés dans une suspension telle que définie plus haut destinée à produire la troisième couche de recouvrement du noyau. Le noyau est ensuite séché dans une étuve. La troisième couche permet de rigidifier la surface du noyau et joue le rôle d'agent anti-mouillant vis-à-vis de l'alliage d'aluminium liquide, lors de la coulée, pour améliorer le décollement de la couche vis-à-vis de la pièce. La couche est déposée sur les noyaux, à partir de la suspension. Les noyaux sont ensuit séchés dans une étuve. The third layer, possibly deposited on the cores, is based on graphite, amorphous carbon, sodium or potassium silicate or colloidal silica, suspended in water. The cores are soaked in a suspension as defined above intended to produce the third covering layer of the core. The core is then dried in an oven. The third layer makes it possible to stiffen the surface of the core and acts as an anti-wetting agent vis-à-vis the liquid aluminum alloy, during casting, to improve the detachment of the layer vis-à-vis part screw. The layer is deposited on the cores, starting from the suspension. The cores are then dried in an oven.

Avant de couler le métal liquide dans le moule, il est nécessaire de réaliser un poteyage des surfaces venant en contact avec le métal liquide, à partir de produits, soit pulvérulents, soit en émulsion aqueuse. Pour la mise Before pouring the liquid metal into the mold, it is necessary to make a coating of the surfaces coming into contact with the liquid metal, from products, either pulverulent, or in aqueous emulsion. For the bet

en oeuvre du procédé suivant l'invention, la composition chimique de ces produits doit être telle qu'ils renferment une proportion importante de substances à l'état minéral, telles que le graphite et la silice. De préférence, les compositions de poteyage du moule doivent renfermer, en masse, au moins 80 % de produits minéraux tels que le graphite et la silice, afin de limiter le dégagement gazeux au moment de la coulée du métal liquide. De tels produits à base de graphite et de silice ont pour rôle- de lubrifier les surfaces du moule et de créer un interface réfractaire entre la pièce coulée et les parois du moule et de favoriser les transferts thermique entre la pièce et le moule. using the process according to the invention, the chemical composition of these products must be such that they contain a large proportion of substances in the mineral state, such as graphite and silica. Preferably, the mold release compositions must contain, by mass, at least 80% of mineral products such as graphite and silica, in order to limit the gassing at the time of the casting of the liquid metal. The role of such products based on graphite and silica is to lubricate the surfaces of the mold and to create a refractory interface between the cast part and the walls of the mold and to promote heat transfers between the part and the mold.

Les compositions de poteyage renferment, en plus des composés minéraux, au plus 20 % de produits organiques dont la fusion est réalisée lors de la coulée vers 250 C. Ces produits organiques jouent le rôle d'agents de cohésion des particules des produits minéraux du poteyage, de lubrifiant entre la pièce et le moule et de film d'étanchéité entre l'alliage d'aluminium coulé et les parois du moule. Les produits organiques des compositions de poteyage sont constitués, de préférence, par du stéarate. The coating compositions contain, in addition to the mineral compounds, at most 20% of organic products, the melting of which is carried out during casting at around 250 C. These organic products act as cohesion agents for the particles of the mineral products of the coating , lubricant between the part and the mold and sealing film between the cast aluminum alloy and the walls of the mold. The organic products of the coating compositions preferably consist of stearate.

Lorsqu'on a réalisé la coulée et le refroidissement de la culasse, il est nécessaire de réaliser une élimination des noyaux contenus dans les parties creuses de la culasse. When the casting and cooling of the cylinder head have been carried out, it is necessary to carry out an elimination of the nuclei contained in the hollow parts of the cylinder head.

De manière inattendue, les noyaux qui présentent des caractéristiques mécaniques satisfaisantes leur permettant de résister à la pression de coulée du métal liquide peuvent être facilement éliminés par un procédé de débourrage de noyaux, par exemple par lit fluidisé où par onde de choc. Unexpectedly, the cores which have satisfactory mechanical characteristics enabling them to withstand the pouring pressure of the liquid metal can be easily eliminated by a method of cleaning the cores, for example by fluidized bed or by shock wave.

Dans le cas d'un débourrage des noyaux par lit fluidisé, on fait circuler à l'intérieur de la pièce, au contact des noyaux, un lit fluidisé à une température de l'ordre de 4500C constitué par de l'air contenant en suspension un sable tel qu'un sable zircon. La circulation de l'air à haute température au contact des noyaux produit une oxydation de la résine des noyaux qui deviennent cassants, se délitent et se brisent en fines particules sous l'effet du lit fluidisé, pour être entraînées à l'extérieur de la pièce coulée. In the case of a settling of the cores by a fluidized bed, a fluidized bed is circulated inside the part, in contact with the cores, at a temperature of the order of 4500C constituted by air containing in suspension a sand such as a zircon sand. The circulation of air at high temperature in contact with the cores produces an oxidation of the resin of the cores which become brittle, disintegrate and break into fine particles under the effect of the fluidized bed, to be entrained outside the casting.

Le procédé de débourrage des noyaux par onde de choc est réalisé sous une puissance de 7 KW pendant une durée de 30 secondes, dans une cuve remplie d'eau. The process of settling the nuclei by shock wave is carried out under a power of 7 KW for a period of 30 seconds, in a tank filled with water.

A la suite de l'élimination des noyaux, il est nécessaire d'éliminer toute trace de dépôt dans les canaux de la culasse qui ont été formés grâce à la présence des noyaux. Following the removal of the nuclei, it is necessary to remove all traces of deposit in the breech channels which have been formed by the presence of the nuclei.

On effectue tout d'abord une attaque de la culasse et en particulier des surfaces intérieures des conduits de la culasse, par de la soude à une concentration de 80 g/l vers 60 C pendant une demi-heure. First of all, an attack on the cylinder head and in particular on the interior surfaces of the cylinder head conduits is carried out with sodium hydroxide at a concentration of 80 g / l at around 60 ° C. for half an hour.

Dans un second temps, on réalise le rinçage à l'eau à 20 des canaux et cavités de la culasse, pendant une durée de cinq minutes. In a second step, the rinsing with water is carried out at 20 of the channels and cavities of the cylinder head, for a period of five minutes.

On effectue ensuite, dans un troisième temps, un blanchiment des surfaces de la culasse au moyen d'un mélange suifochromique à une température de 450C pendant deux minutes, de manière à éliminer les traces de silicium non attaqué qui présentent une couleur noire qui peut ne pas être acceptée par les services de contrôle des culasses. Next, a bleaching of the surfaces of the cylinder head is carried out using a sulfurochromic mixture at a temperature of 450 ° C. for two minutes, so as to remove the traces of unattacked silicon which have a black color which may not be not be accepted by cylinder head inspection services.

On effectue enfin, dans un quatrième temps, le rinçage à l'eau à 200C pendant cinq minutes de la culasse. Finally, in a fourth step, rinsing with water at 200C for five minutes of the cylinder head.

Le nettoyage chimique de la culasse est réalisé par circulation interne de liquides dans les conduits de la culasse permettant d'évacuer toute trace de résidus
Pour la mise en oeuvre d'un procédé de coulée d'une culasse comportant un insert du type composite à matrice métallique (CMM), il peut être nécessaire de réaliser un préchauffage de la préforme destinée à constituer l'insert avant son introduction dans le moule. La préforme peut être chauffée, par exemple, à 1000 C, de manière qu'après sa mise en place dans le moule et le démarrage de la coulée, sa température soit encore d'au moins 6000C. The chemical cleaning of the cylinder head is carried out by internal circulation of liquids in the cylinder head conduits allowing all traces of residue to be removed
For the implementation of a method of casting a cylinder head comprising an insert of the composite metal matrix type (CMM), it may be necessary to preheat the preform intended to constitute the insert before its introduction into the mold. The preform can be heated, for example, to 1000 C, so that after it is placed in the mold and the start of the casting, its temperature is still at least 6000C.

La coulée du métal liquide est réalisée sous pression en exerçant une pression dans le conduit d'introduction de métal liquide, par exemple un alliage d'aluminium, par l'intermédiaire d'un piston. Liquid metal is poured under pressure by exerting pressure in the liquid metal introduction conduit, for example an aluminum alloy, by means of a piston.

On a représenté sur les figures 1 et 2, les attaques de coulée 8a, 8b, 8c, 8d et 8e par lesquelles le métal liquide introduit dans l'ouverture d'admission et porté à une pression supérieure à 35 MPa s'écoule à l'intérieur de la partie supérieure du moule. Les attaques de coulée 8a, 8b, 8c, 8d et 8e doivent avoir une dimension suffisante pour permettre une bonne transmission There is shown in Figures 1 and 2, the casting attacks 8a, 8b, 8c, 8d and 8e by which the liquid metal introduced into the intake opening and brought to a pressure greater than 35 MPa flows at l inside the upper part of the mold. Casting attacks 8a, 8b, 8c, 8d and 8e must be of sufficient size to allow good transmission

de la pression à l'intérieur de l'ensemble du moule et pour permettre une solidification dirigée du haut vers le bas à l'intérieur du moule. pressure inside the mold assembly and to allow solidification directed from top to bottom inside the mold.

L'arrivée de métal liquide 5 dans le moule se trouve du côté admission du moteur et les attaques de coulée permettant d'alimenter la partie supérieure du moule se trouvent du côté échappement du moteur et réparties suivant la ligne de cylindres du moteur. The inlet of liquid metal 5 into the mold is on the intake side of the engine and the pouring attacks allowing the upper part of the mold to be supplied are on the exhaust side of the engine and distributed along the cylinder line of the engine.

Le procédé suivant l'invention permet de réaliser la coulée de pièces complexes telles que des culasses et en particulier des culasses de moteurs HDI renforcées par un composite à matrice métallique, ces pièces étant fortement noyautées et devant être réalisées sans défaut à l'intérieur du métal de la pièce et avec une propreté parfaite des surfaces des cavités et canalisations internes à la culasse. The method according to the invention makes it possible to cast complex parts such as cylinder heads and in particular cylinder heads of HDI engines reinforced with a metal matrix composite, these parts being strongly cored and having to be produced without defect inside the metal of the part and with perfect cleanliness of the surfaces of the cavities and pipes internal to the cylinder head.

L'invention peut être mise en oeuvre suivant certaines variantes, quant à la nature des composants des noyaux et quant à la réalisation des différentes opérations successives de la coulée. The invention can be implemented according to certain variants, as to the nature of the components of the cores and as to the carrying out of the various successive operations of the casting.

L'invention s'applique également à la fabrication de pièces fortement noyautées différentes de culasses comportant un élément de renforcement du type composite à matrice métallique. De manière générale, le procédé suivant l'invention peut s'appliquer à toute coulée sous pression de pièces fortement noyautées, dans le cadre de l'industrie automobile ou dans le cadre d'autres industries. The invention also applies to the manufacture of strongly cored parts different from cylinder heads comprising a reinforcing element of the composite type with metal matrix. In general, the method according to the invention can be applied to any pressure casting of heavily cored parts, in the context of the automobile industry or in the context of other industries.

Claims

1.-Method of manufacturing by casting metal parts comprising at least one part formed by coring, consisting of manufacturing at least one core (6a, 6b, 6c, 6d, 6e) in a core box, to put the core in place in a mold (4) and in pouring a liquid metal into the mold (4), characterized by the fact: - that the core (6a, 6b, 6c, 6d, 6e) is produced by molding a mixture comprising, by mass, from 96% to 98% of foundry sand and from 4% to 2% of a resin containing at least 50% of acrylic copolymer and a hardener consisting of a peroxide, - that the core hardens in contact with '' a hardening gas consisting, by volume, of 90% to 95% of COs and 10% to 5% of SOg, - that the core is placed in a mold for casting the metal part, and that the metal is poured liquid in the mold (4) and that the liquid metal is subjected to a pressure of at least 35 MPa.

2.-A method according to claim 1, characterized in that the foundry sand consists mainly of one of the following components: zircon (zirconium silicate), silica.

3.-A method according to claim 2, characterized in that the foundry sand consists mainly of zircon particles having a particle size of 70 AFS in a proportion of 70% and particles having a particle size of 120 AFS in a proportion 30%.

4.-A method according to claim 2, characterized in that the foundry sand consists mainly of silica having a particle size between 40 AFS and 90 AFS and preferably close to 55 AFS.

5.-Process according to any one of Claims 1 to 4, characterized in that a hardener consisting of cumene peroxide is added to the resin, in a proportion of approximately 5% by mass relative to the resin .

6.-A method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the core has a breaking stress in com-

pressure between 8 and 10 MPa, at the deformation speed of 0.2 mm / s, at room temperature.

7.-A method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that is deposited on the core (6a, 6b, 6c, 6d, 6e) at least a first sealing layer consisting of particles including the size is less than the size of the pores of the nuclei and a second layer covering the first which may be of identical composition.

8.-A method according to claim 7, characterized in that is deposited on the core a third layer based on at least one mineral material such as graphite, amorphous carbon, a sodium or potassium silicate or colloidal silica.

9.-A method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that before the pouring of the liquid metal into the mold, a poteyage of the mold is carried out by deposition on the walls of the mold coming into contact with the metal liquid, of a coating of a substance constituted 80% by mineral products such as graphite and silica and 20% by an organic product such as stearate.

10.-A method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that after the casting and the cooling of the metal part, the nuclei are removed by circulation of a fluidized bed at 1 inside the room, in contact with the cores (6a, 6b, 6c, 6d, 6e).

11.-A method according to claim 10, characterized in that the fluidized bed consists of air at a temperature of 450 C carrying in suspension a sand such as a sand consisting of zircon.

12.-Method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that one carries out the elimination of the cores (6a, 6b, 6c, 6d, 6e) inside the part after casting and cooling , by shock wave.

13.-A method according to any one of claims 11 and 12, characterized in that one realizes, after elimination of the cores (6a, 6b, 6c, 6d, 6e) in the cooled and solidified part, the cleaning of the parts hollow of the part by circulation inside the part: - firstly, an etching solution containing soda,

- secondly, rinsing water, - thirdly, a solution for bleaching the internal walls of the room, and - secondly, rinsing water.

14.-A method according to claim 13, characterized in that the bleaching solution is a sulfochromic mixture at a temperature of 45 C circulated for two minutes in contact with the walls of the cavities of the casting.

15.-Method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the part comprises a metal matrix composite in the form of a porous preform (7) introduced into the casting mold before the casting of the metal liquid and bringing the liquid metal to a pressure of at least 35 MPa.

16. Use of a method according to any one of Claims 1 to 15, for the manufacture of a cylinder head of an internal combustion engine and in particular of a cylinder head for a diesel engine with direct injection of the HDI type. .