FR3073434A1 - Element d'insertion et son procede de fabrication - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un élément d'insertion (11) et son procédé de fabrication permettant à un élément fabriqué par coulée composite de comporter deux zones présentant des niveaux de caractéristiques très différents, typiquement en termes d'adhérence et conductivité thermique. L'élément (11) présente des portions en forme de maille, saillantes depuis un niveau de surface plat (6), sur la surface déterminée à laquelle le métal doit être lié par coulée composite. Des portions saillantes respectivement hautes et basses sont réparties dans des zones distinctes (3a et 3b), de façon à obtenir des zones comportant au moins deux hauteurs différentes (ha, hb) sur une surface de réception du métal fondu. Pour obtenir ceci, on utilise une couche de revêtement présentant une zone épaisse et une zone mince, avec des fissures. Après séchage, les fissures deviennent plus larges et profondes dans la zone épaisse, ce qui permet d'obtenir la zone (3a) à portions saillantes hautes.

Description

ÉLÉMENT D’INSERTION ET SON PROCÉDÉ DE FABRICATION
La présente invention concerne un élément d'insertion et son procédé de fabrication.
Avec le développement des techniques de coulage sous pression et analogues, un procédé appelé coulée composite a été adopté, dans lequel un élément précédemment coulé est disposé dans un moule, du métal fondu tel que de l'aluminium est versé entre l'élément et le moule, et le métal est lié ou collé à l’élément. L’élément à insérer dans le coulage par ce procédé s'appelle un élément d'insertion.
Des exemples d'éléments d'insertion comprennent un manchon de cylindre (également appelé chemise de cylindre ou manchon) destiné à être inséré dans un bloc-cylindres pour moteur à combustion interne par coulée composite, un bossage et un tambour d’un moyeu de roue coulé sous pression, et en outre, une partie de support d'un bloc-cylindres, un carter inférieur, ou assimilés, et en outre, un élément de support à insérer dans une partie de support dans un carter de transmission par coulée composite. En particulier, lorsqu'un élément d'insertion est utilisé dans de telles applications, une charge thermique ou une force externe importante agit souvent sur l’élément d'insertion. Ainsi, il est demandé d'améliorer l'adhérence entre l'élément d'insertion et le métal coulé utilisé pour la coulée composite afin d'améliorer la dissipation thermique, le transfert de chaleur, et de plus, la rigidité.
Les Documents JP 2007-016736 A, JP 2007-016734 A et JP 2007-016735 A décrivent un manchon à insérer dans le coulage sous pression qui comporte des parties saillantes (en forme d'aiguilles) séparées avec des extrémités distales rétrécies sur la surface périphérique externe du manchon et qui est soumis à un traitement pour présenter différents niveaux d'adhérence et de conductivité thermique entre la portion supérieure et la portion inférieure du manchon.
II existe des cas dans lesquels deux zones différentes dans un élément d’insertion utilisé comme manchon doivent présenter des niveaux de caractéristiques différents. Par exemple, dans un bloc-cylindres destiné à un moteur, la zone de coulissement de piston du côté pont doit avoir une adhérence élevée et une conductivité thermique élevée entre l'élément d'insertion et le métal coulé utilisé pour la coulée composite, tandis que la zone 5 latérale du carter moteur, qui n’est pas la zone de coulissement de piston, doit avoir une adhérence relativement faible et une conductivité thermique faible. Un procédé envisageable pour obtenir différents niveaux d’adhérence et différents niveaux de conductivité thermique au niveau de deux zones différentes dans un élément d'insertion comme ci-dessus consiste à effectuer un traitement de rugosification ou un traitement de formation de film sur l'élément 10 d'insertion ; cependant, ces procédés ont pour problème de compliquer le processus de fabrication.
Compte tenu du problème ci-dessus, un objet de la présente invention est de proposer un élément d’insertion et son procédé de fabrication facilitant la possibilité pour l’élément d’insertion servant de manchon d'avoir deux zones différentes présentant des 15 niveaux de caractéristiques très différents, par exemple, sur l'adhérence et la conductivité thermique.
Pour réaliser l'objet ci-dessus il est proposé, selon un aspect de la présente invention, un élément d'insertion comprenant, sur une surface à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite : une portion saillante à structure en maille(s) ; et une surface plate 20 (typiquement une surface plane/sans relief), dans laquelle la portion saillante à structure en maille(s) comprend des portions linéaires et une portion de jonction (ou portion convergée) dans laquelle au moins deux des portions linéaires fusionnent, la portion saillante comprend une portion de paroi verticale s'étendant à partir de la surface plate, et l'élément d'insertion comprend une zone à portion saillante haute dans laquelle la hauteur de la portion saillante 25 des portions linéaires par rapport à la surface plate est relativement grande et une zone à portion saillante basse dans laquelle la hauteur de la portion saillante des portions linéaires par rapport à la surface plate est relativement petite.
L'élément d'insertion peut comporter une pluralité de zones à portion saillante haute et une pluralité de zones à portion saillante basse. L'élément d'insertion peut comporter des portions saillantes présentant des hauteurs intermédiaires entre la hauteur dans la zone à portion saillante haute et la hauteur dans la zone à portion saillante basse. La portion de paroi verticale de la portion saillante de la portion linéaire n’est pas limitée à être perpendiculaire à la surface plate et peut être inclinée. La portion saillante peut présenter une partie supérieure en plus de la portion de paroi verticale, et la partie supérieure peut être plus large que la 10 portion de paroi verticale.
L'élément d’insertion peut avoir une forme cylindrique. Dans ce cas, il est préférable que l'élément d'insertion comprenne la zone à portion saillante haute et la zone à portion saillante basse disposées dans la direction axiale ou circonférentielle de cette forme cylindrique.
L'élément d'insertion peut être un manchon de cylindre à insérer dans un bloc-cylindres de moteur par coulée composite. Dans ce cas, il est préférable que l'élément d'insertion comprenne la zone à portion saillante haute du côté de la surface du pont et la zone à portion saillante basse sur le côté du carter moteur. Dans ce cas, il est également préférable que l'élément d’insertion présente des zones à portion saillante haute sur les côtés 20 d'admission et d'échappement et des zones à portion saillante basse sur les côtés avant et arrière.
La différence entre la hauteur de la portion saillante dans la zone à portion saillante haute et la hauteur de la portion saillante dans la zone à portion saillante basse est de préférence de 0,1 mm ou plus, et de façon davantage préférée de 0,2 mm ou plus. La limite 25 supérieure de cette différence est de préférence de 1,0 mm ou moins, et de façon davantage préférée de 0,5 mm ou moins. Il est à noter ici que la différence de hauteur entre les portions saillantes signifie la différence entre la hauteur moyenne des portions saillantes dans la zone à portion saillante haute et la hauteur moyenne des portions saillantes dans la zone à portion saillante basse.
Un autre aspect de la présente invention concerne un procédé de fabrication d'un élément d'insertion comprenant au moins les étapes consistant à : appliquer un agent de revêtement de moule sur une surface, sur laquelle du métal fondu doit être versé, d'un moule ; former une couche de revêtement de moule en une forme avec des fissures sur une surface de la couche de revêtement de moule en séchant l'agent de revêtement de moule 10 appliqué ; et effectuer la coulée en versant le métal en fusion sur la couche de revêtement de moule tout en faisant tourner le moule, dans lequel la surface, sur laquelle le métal fondu doit être versé, du moule présente des zones ayant au moins deux hauteurs différentes, de sorte que la couche de revêtement de moule présente une zone épaisse dans laquelle la couche de revêtement de moule est relativement épaisse et une zone mince dans laquelle la couche 15 de revêtement de moule est relativement mince, et les fissures sont relativement larges et profondes dans la zone épaisse et les fissures sont relativement étroites et peu profondes dans la zone mince.
Ce procédé de fabrication peut servir à produire un élément d’insertion ayant la portion saillante à structure en maille(s) susmentionnée, les fissures dans la couche de 20 revêtement formant une empreinte avec une rainure annulaire ou plusieurs rainures annulaires interconnectées, afin de réaliser la portion saillante à structure en maille(s) sur l’élément d’insertion.
Il est préférable d'effectuer un contrôle tel que les fissures larges et profondes, qui sont formées dans la zone épaisse de la couche de revêtement de moule, aient une 25 profondeur inférieure à l'épaisseur de la couche de revêtement de moule dans la zone mince.
En particulier, dans le cas où le moule a une forme cylindrique et où le métal fondu doit être versé sur la surface périphérique intérieure du moule, il est préférable que le moule comprenne une zone de diamètre intérieur de référence ayant un diamètre intérieur de référence, qui est un diamètre intérieur relativement petit, comme la zone mince et une zone 5 de diamètre intérieur de non-référence ayant un diamètre intérieur relativement grand comme la zone épaisse et que les profondeurs des fissures larges et profondes soient contrôlées pour rester dans la zone de diamètre intérieur de référence. La différence de diamètre intérieur entre la zone de diamètre intérieur de référence et la zone de diamètre intérieur de non-référence est de préférence de 0,1 mm ou plus, et de façon davantage préférée de 0,2 10 mm ou plus. La limite supérieure de cette différence de diamètre intérieur est de préférence de 1,0 mm ou moins, et de façon davantage préférée de 0,5 mm ou moins.
Selon la présente invention, l’élément d'insertion présente des portions saillantes en forme de maille sur la surface à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite et présente la zone à portion saillante haute dans laquelle les portions saillantes des portions 15 linéaires des portions saillantes en forme de maille sont relativement hautes et la zone à portion saillante basse dans laquelle les portions saillantes sont relativement basses. Par conséquent, dans un élément fabriqué par coulée composite en utilisant cet élément d'insertion, la zone à portion saillante haute présente une adhérence élevée et une conductivité thermique élevée entre l'élément d'insertion et le métal coulé utilisé pour la 20 coulée composite, tandis que la zone à portion saillante basse présente une adhérence relativement faible et une faible conductivité thermique. Comme décrit ci-dessus, un élément d'insertion unique peut comporter deux zones différentes présentant des niveaux d'adhérence et de conductivité thermique très différents.
En particulier, dans le cas ou cet élément d'insertion est utilisé comme manchon de 25 cylindre destiné à être inséré dans un bloc-cylindres de moteur par coulée composite, le fait de disposer la zone à portion saillante haute du côté de la surface de pont et la zone à portion saillante basse sur le côté du carter moteur permet au bloc-cylindres fabriqué par la coulée composite d’avoir une adhérence élevée et une conductivité thermique élevée entre la fonte et l’aluminium dans la zone de coulissement de piston du côté de la surface de pont. Cela 5 réduit la distorsion de l'alésage pendant le fonctionnement réel du moteur. D'autre part, étant donné qu'une zone sur le côté du carter moteur différente de la zone de coulissement de piston présente une conductivité thermique faible, il est possible de réduire la dissipation thermique du manchon vers le corps de cylindre (côté aluminium) et d'uniformiser la température de l'ensemble du manchon, et cela réduit la distorsion de l’alésage dans son 10 ensemble. Ceci, à son tour, réduit la perte mécanique et le gaz de soufflage et augmente ainsi l'économie de carburant.
En outre, l’alignement des zones à portion saillante basse des manchons sur la direction F-R (d’avant en arrière) du moteur lors de la coulée composite permet de rapprocher les manchons entre eux tout en maintenant l’épaisseur de l’aluminium, ce qui permet de 15 réduire le pas entre les alésages, et cela permet également de réduire le poids et la taille du moteur. En outre, la formation des portions saillantes élimine l'apparition d'écarts partiels au niveau de l'interface de contact entre le manchon et l'aluminium en raison de l'effet d'ancrage, ce qui stabilise la température de la paroi du manchon. En conséquence, la conductivité thermique du manchon jusqu'au corps de cylindre est améliorée et uniformisée, et la 20 dissipation thermique de la chaleur de combustion du moteur peut être améliorée. Cela permet de faire face à l'élévation de température dans le cylindre et d'obtenir un taux de compression du moteur plus élevé.
Brève description des figures
La figure 1 est une vue en perspective schématique d'un manchon de cylindre, qui 25 est un exemple d'élément d'insertion selon la présente invention.
La figure 2 est une vue de dessus schématique de la surface du manchon de cylindre de la figure 1 sur une échelle agrandie.
La figure 3 est une vue en coupe schématique du manchon de cylindre prise le long de la ligne lll-lll de la figure 1.
La figure 4 est un diagramme en coupe illustrant un exemple d’un bloc-cylindres comprenant le manchon de cylindre de la figure 1 en tant que constituant.
La figure 5 est une vue en coupe du manchon de cylindre et de son environnement sur la figure 4 à une échelle agrandie.
Les figures 6A et 6B sont des diagrammes en coupe illustrant schématiquement chacun un exemple d'une portion saillante de chemise sur la surface d'un élément d'insertion selon la présente invention dans le cas de l’utilisation de moules illustrés sur les figures 9 à 11.
Les figures 7A et 7B sont des diagrammes en coupe illustrant chacun de manière schématique un exemple d’une portion saillante de chemise présentant une forme 15 approximative en L inversé sur la surface d'un élément d’insertion selon la présente invention dans le cas de l'utilisation du moule illustré à la figure 11.
Les figures SA, SB, et 8C sont des diagrammes en coupe illustrant schématiquement chacun un exemple d'une portion saillante de chemise présentant une forme approximative en T sur la surface d'un élément d'insertion selon la présente invention dans le cas de 20 l'utilisation du moule illustré à la figure 11.
La figure 9 est un diagramme en coupe illustrant schématiquement un exemple de moule pouvant être utilisé pour un procédé de fabrication d'un élément d’insertion selon la présente invention.
La figure 10 est un diagramme en coupe illustrant schématiquement un autre 25 exemple de moule pouvant être utilisé pour le procédé de fabrication d'un élément d’insertion selon la présente invention.
La. figure 11 est un diagramme en coupe illustrant schématiquement encore un autre exemple de moule pouvant être utilisé pour le procédé de fabrication d'un élément d'insertion selon la présente invention.
La succession des figures 12A à 12H correspond à un diagramme de déroulement de processus schématique destiné à expliquer un mode de réalisation du procédé de fabrication d’un élément d'insertion selon la présente invention.
La succession des figures 13A à 13D correspond à un diagramme de déroulement de processus schématique destiné à expliquer le mécanisme de formation d'une couche de 10 revêtement de moule dans le procédé de fabrication d'un élément d'insertion selon la présente invention.
Ci-après, des modes de réalisation de la présente invention seront décrits en détail en référence aux dessins annexés, toutefois la portée de la présente invention n’est pas limitée à ces modes. Il est à noter que les dessins ne sont pas nécessairement représentés à 15 l'échelle, car la priorité est de faciliter la compréhension de la présente invention.
Tout d'abord, un mode de réalisation d'un élément d'insertion selon la présente invention sera décrit. L’élément d’insertion selon le présent mode de réalisation présente des portions saillantes 3 en forme de maille sur la surface à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite. L’élément d’insertion 11, de forme tubulaire par exemple comme bien 20 visible sur les figures 1 et 3, s’étend d’une extrémité axiale à une autre autour d’un axe central (cf. axe du plane de coupe lll-lll au regard des figures 1 et 3).
Des exemples de matériaux pour l’élément d’insertion 11 comprennent la fonte, un alliage de cuivre, l'étain, ou un alliage de zinc, qui ont d'importantes gravités spécifiques et des propriétés auto-coulissantes. La fonte est un alliage ternaire contenant généralement du 25 fer, du carbone, et du silicium, et peut contenir d’autres éléments en fonction des applications.
Par exemple, la fonte peut contenir, en plus du Fe, entre 3,1 et 3,8% en masse de T. C (carbone total), de 1,9 à 2,5 % en masse de Si, de 0,5 à 1,0 % en masse de Mn, de 0,01 à 0,5 % en masse de P, et de 0,02 à 0,1 % en masse de S par rapport à la masse totale de la fonte. Lorsqu'une préforme pour l’élément d’insertion 11 présente une grande épaisseur ou 5 que l’on utilise une grande quantité de métal fondu dans le coulage, la fonte peut contenir, dans certains cas, de 0,01 à 1,0 % en masse de Cu, de 0,01 à 0,10 % en masse de Sn, de 0,01 à 0,4 % en masse de Cr, et d’autres impuretés inévitables, afin d’obtenir une dureté et une composition du métal optimales.
La forme du corps de l’élément d’insertion n’est pas particulièrement limitée mais peut être choisie de manière appropriée en fonction de l’application. Des exemples de forme de l’élément d’insertion comprennent, par exemple, une forme cylindrique, une forme semi-cylindrique, une forme en U ou en forme de T inversé en section transversale, et une torme incurvée ou une forme de plaque approximativement plane. Des exemples d’éléments d'insertion comprennent ceux à insérer dans un certain type de pièces coulées sous pression 15 par coulage tel qu’un manchon de cylindre à insérer dans un bloc-cylindres de moteur ; un élément coulissant, qui entre en contact avec un sabot de frein, à insérer dans un frein à tambour en aluminium d’un frein à récupération d’un véhicule électrique ou similaire, ou une plaque arrière du sabot de frein ; un bossage de moyeu de roue coulé sous pression pour motos et machines spéciales ; une pièce de tourillon de vilebrequin dans un bloc-cylindres ou 20 un carter inférieur ; et une partie de support dans un boîtier tel qu’un carter de transmission.
Ci-après, la présente invention sera décrite en considérant un manchon de cylindre de forme cylindrique à titre d’exemple. Cependant, la présente invention n’est pas limitée aux éléments d’insertion présentant des formes spécifiques ou à des produits spécifiques.
La figure 1 est une vue en perspective d’un manchon de cylindre 11, qui est un exemple 25 d’élément d’insertion. Des exemples de forme du manchon de cylindre comprennent une forme cylindrique. Le manchon de cylindre 11 présente une surface extérieure 11s, à laquelle un métal coulé doit être lié par coulée composite. La figure 2 est une vue schématique de dessus agrandie de la zone indiquée par d1 sur la figure 1. Le manchon de cylindre présente des portions saillantes 3 en forme de maille sur la surface 11s, à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite. Les portions saillantes 3 en forme de maille font saillie depuis une surface approximativement plane F composant le manchon de cylindre et présentent des structures saillantes linéaires continues, qui existent sur toute la surface à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite. Les portions saillantes 3 en forme de maille comprennent des portions linéaires 1a, 1b, 1c, 1d, et 1e et des portions de jonction (ou portions convergées) 2a, 2b, 2c et 2d formées par plusieurs portions linéaires fusionnant.
Les portions saillantes 3 en forme de maille sont formées en continu sur la surface de l'élément d'insertion. L'expression en continu ne se limite pas à une configuration dans laquelle toutes les portions linéaires sont reliées, mais comprend également une configuration dans laquelle seules certaines portions linéaires sont reliées.
Sur la figure 2, les portions linéaires 1a, 1b, 1c, 1d, et 1e sont des portions dans lesquelles des portions saillantes peuvent être reconnues sous des formes continues linéaires ou en forme de bande lorsque la surface 11 s de l'élément d'insertion 11, à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite, est vue de manière bidimensionnelle d'une direction perpendiculaire à la surface. Les portions linéaires 1a, 1b, 1c, 1 d, et 1e peuvent être soit linéaires soit incurvées, et peuvent ne pas être uniformes en largeur, en longueur, ou en hauteur et avoir des formes indéfinies. En d'autres termes, les hauteurs des portions saillantes dans les portions linéaires 1a, 1b, 1c, 1d, et 1e et les portions de jonction 2a, 2b, 2c et 2d peuvent être différentes de manière aléatoire. En raison de cette structure, il existe des endroits dans lesquels des portions saillantes de faible hauteur se font face, par rapport au cas dans lequel les hauteurs des portions saillantes sont uniformes, ce qui permet au métal fondu de passer plus facilement entre les portions saillantes et entre les alésages, durant l’opération de remplissage de métal fondu 43 entre les portions saillantes et entre les alésages. Cela améliore les propriétés de remplissage en métal. En outre, cela permet de définir un pas d'alésage plus petit qu'avant et de réduire la taille du moteur. La longueur La de 5 la portion linéaire (ici portion linéaire 1 e) dans la direction longitudinale et la longueur Lb de la partie supérieure de la portion linéaire (ici portion linéaire 1e) dans le sens de la largeur ne sont pas particulièrement limitées. Il est à noter que la longueur de la surface supérieure de la partie supérieure de la portion linéaire dans le sens de la largeur peut être mesurée en utilisant, par exemple, un microscope numérique. Par exemple, la mesure est effectuée entre 10 1 et 50 points, et la longueur peut être déterminée comme une plage incluant des valeurs mesurées sur la base de la valeur moyenne ou des valeurs minimale et maximale, ou de préférence une plage incluant toutes les valeurs mesurées.
Sur la figure 2, les portions de jonction ou portions convergées comprennent plusieurs portions de jonction 2a, 2b, 2c et 2d. La portion de jonction 2a est formée de trois 15 portions linéaires 1a, 1b et 1c qui se rejoignent. Le nombre de portions linéaires fusionnant dans une portion de jonction n'est pas particulièrement limité mais est d'au moins 2, et de préférence de 2 à 6 inclus. Il est préférable qu'une portion saillante en forme de maille comprenne au moins deux portions de jonction. Dans le cas où une portion saillante en forme de maille comporte deux portions de jonction ou plus, le nombre de portions linéaires 20 fusionnant au niveau de chaque portion de jonction peut être identique ou différent. Les portions saillantes en forme de maille formées sur la surface périphérique externe fournissent un effet de nervures de renfort qui améliore la rigidité de l'élément d’insertion. De plus, il est préférable que les portions linéaires fusionnent en une portion de jonction à partir de directions aléatoires, du point de vue de la dispersion des contraintes générées par une force 25 externe après l'insertion de l’élément d'insertion par coulage. La fusion de portions linéaires à partir de directions aléatoires signifie, par exemple, que deux portions linéaires fusionnent en une portion de jonction à partir de directions différentes au lieu d’être parallèles l’une à l’autre.
La figure 3 est une vue en coupe transversale schématique de la surface de l'élément d'insertion sur une échelle agrandie. Ceci est une vue en coupe dans la direction 5 axiale de portions linéaires sur la surface d'un manchon de cylindre, qui est un élément d'insertion 11. Les portions saillantes 3 comprennent partiellement une zone à portion saillante haute 3a dans laquelle les portions saillantes sont relativement hautes et une zone à portion saillante basse 3b dans laquelle les portions saillantes sont relativement basses sur la surface à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite. Par exemple, il est 10 préférable d'inclure une zone à portion saillante haute 3a et une zone à portion saillante basse 3b dans la direction axiale ou la direction circonférentielle de l’élément d'insertion. En incluant une zone à portion saillante haute ha au niveau d'une partie appropriée en fonction de l'application et de la fonction, par exemple, en l'appliquant sur le côté de la surface du pont 13, les côtés d'admission et d’échappement, la zone de coulissement de piston, ou similaire 15 d'un bloc-cylindres 10 pour un moteur, il est possible d’améliorer l’adhérence et la conductivité thermique entre l’élément d’insertion et l’aluminium utilisé pour la coulée composite et de réduire la distorsion de l’alésage. De même, en incluant une zone à portion saillante basse 3b au niveau d'une partie appropriée, par exemple, en l'appliquant sur le côté du carter moteur, les côtés avant et arrière, des zones autres que la zone de coulissement de 20 piston, ou similaire d’un blocIO -cylindres pour un moteur, Il est possible de réduire la dissipation thermique du manchon vers le corps de cylindre (côté aluminium) et de rendre uniforme la température de tout le manchon, ce qui permet de réduire la distorsion de l'alésage. Ceci réduit la perte mécanique et le gaz de soufflage, et réduit ainsi la consommation de carburant. En outre, l’alignement des zones à portion saillante basse des 25 manchons sur la direction F-R du moteur lors de la coulée composite permet de rapprocher les manchons les uns des autres et de réduire le pas entre les alésages tout en maintenant l’épaisseur de l’aluminium, et cela permet également de réduire le poids et la taille du moteur.
Les portions saillantes 3 s'étendent depuis une surface plate F, presque perpendiculairement. La hauteur ha des portions saillantes dans la zone à portion saillante haute 3a est de préférence comprise entre 0,5 mm et 2,0 mm inclus, de façon davantage préférée comprise entre 0,5 mm et 1,5 mm, et idéalement comprise entre 0,8 mm et 1,2 mm.
Des hauteurs inférieures à 0,5 mm peuvent entraîner un effet d'ancrage insuffisant sur l'aluminium utilisé pour la coulée composite et peuvent également réduire l'effet de nervure de renfort qui améliore la rigidité. De plus, il existe un cas dans lequel une zone de contact avec 10 l'aluminium nécessaire pour diffuser la chaleur est également insuffisante. Si la hauteur dépasse 2,0 mm, la formation par coulage centrifuge peut être difficile. Le réglage de la hauteur des portions saillantes dans la plage ci-dessus augmente la surface effective de contact avec le métal coulé utilisé pour la coulée composite et améliore l'adhérence et la conductivité thermique, ce qui réduit la distorsion de l’alésage. Cela permet également de 15 faire face à l’élévation de température dans le cylindre accompagnant l'augmentation du taux de compression du moteur ou similaire. La hauteur hb des portions saillantes dans la zone à portion saillante basse 3b est inférieure de 0,1 mm à 1,0 mm à la hauteur ha des portions saillantes, et de préférence inférieure de 0,2 à 0,5 mm. Si la différence entre hb et ha est inférieure à 0,1 mm, la dissipation thermique sur aluminium utilisé pour la coulée composite 20 est excessive dans une zone à portion saillante basse appliquée sur le côté du carter moteur ou similaire. Cela rend la température dans son ensemble inégale et rend probable la distorsion de l'alésage. Si la différence entre hb et ha est supérieure à 1,0 mm, l'effet d'ancrage à l'aluminium utilisé pour la coulée composite peut être insuffisant en particulier dans la zone à portion saillante basse, et l'effet de nervure de renfort pour améliorer la rigidité 25 peut diminuer. En réglant la différence de hauteur des portions saillantes entre la zone à portion saillante haute 3a et la zone à portion saillante basse 3b dans la plage ci-dessus, il est possible de rendre uniforme la conductivité thermique de l'élément d'insertion vers le métal coulé utilisé pour la coulée composite dans son ensemble et de réduire la distorsion de l’alésage. En outre, le fait de disposer les zones à portion saillante basse face à face lors de 5 la coulée composite permet de réduire le pas entre les alésages.
Il est à noter que la hauteur des portions saillantes 3 peut être déterminée en tant que valeur moyenne en effectuant une analyse de ligne sur une surface arbitraire de l'élément d'insertion, par exemple, en utilisant une fonction de mesure d'un microscope numérique et du logiciel d'analyse d'images WinROOF2013. Par ailleurs, en utilisant un microscope 10 numérique pour observer une section transversale, la hauteur h3 des portions saillantes peut être déterminée comme une plage comprenant des valeurs mesurées en fonction de la hauteur minimale et la hauteur maximale des portions saillantes 3 par rapport à la surface plate 6 (qui est typiquement une surface plane/droite, comme illustré sur la vue en coupe longitudinale de la figure 3) dans une zone de mesure arbitraire, ou de préférence une plage 15 incluant toutes les valeurs mesurées.
Ici, la description sera brièvement fournie pour un manchon de cylindre, qui est une application de l'élément d’insertion selon la présente invention. Comme illustré sur la figure 4, un bloc-cylindres 10 comprend un manchon de cylindre en tant que constituant, et le bloc-cylindres 10 est fabriqué par coulée composite dans laquelle un élément d’insertion 11 20 est inséré dans de l’aluminium 12. La figure 5 est une vue agrandie du manchon de cylindre et de ses environs sur la figure 4. Comme illustré sur les figures 4 et 5, le bloc-cylindres 10 peut comprendre une zone à portion saillante haute 3a dans la zone de coulissement de piston du côté du pont 13 et une zone à portion saillante basse 3b dans une zone sur le côté du carter moteur 14 autre que la zone de coulissement de piston.
Les figures 6A et 6B illustrent des vues agrandies schématiques de sections transversales de portions saillantes linéaires. La portion saillante 3 peut comprendre une forme inclinée par rapport à une ligne perpendiculaire à la surface plate. La portion saillante peut présenter des irrégularités sur la surface latérale 22 en plus de la structure en saillie linéaire telle qu'illustrée sur la figure 6A. De plus, comme illustré sur la figure 6B, la portion 5 saillante peut s’étendre avec une inclinaison 21 d'un certain angle θ par rapport à une ligne perpendiculaire 20 à la surface plate. On peut dire que les formes illustrées sur les figures 6A-6B sont des formes de la portion saillante 3 ayant des inclinaisons par rapport à une ligne perpendiculaire à la surface plate.
La forme de la section transversale de la portion saillante linéaire prise dans une direction perpendiculaire à la direction longitudinale peut être approximativement en forme de
T ou approximativement en forme de L inversé en plus de la structure en saillie linéaire dans certains cas, en fonction du procédé de fabrication de l’élément d’insertion. De telles formes de section transversale sont préférables, par exemple, du point de vue de l'amélioration de la force d’adhérence et de la conductivité thermique avec le métal coulé utilisé pour la coulée 15 composite après l’insertion de l'élément d’insertion par coulée. La forme approximative en L inversé est une forme qui ressemble à une lettre L inversée. Les figures 7Aet 7B illustrent des exemples de portions linéaires présentant des sections transversales approximativement en forme de L inversé. La partie supérieure d'une portion saillante se rétrécit vers l'extrémité de la figure 7A, tandis que la partie supérieure de la portion saillante présente une certaine 20 épaisseur jusqu'à l'extrémité de la figure 7B. La forme approximativement en T est une forme qui ressemble à une lettre T. Les figures 8A, 8B, et 8C illustrent des exemples de portions linéaires présentant des sections transversales approximativement en forme de T.
Comme illustré sur la figure 2, un cercle inscrit le peut être tracé sur une partie de la surface plate F entourée de portions linéaires 1a, 1b, 1 d, et 1e et de portions de jonction 2a, 25 2b, 2c, et 2d. Le diamètre de ce cercle inscrit est de préférence compris entre 0,5 mm et 30 mm inclus, de façon davantage préférée compris entre 1,0 et 15 mm, et idéalement compris entre 1,5 mm et 5,0 mm. Un diamètre inférieur à 0,5 mm peut entraîner une surface effective de contact avec l'aluminium insuffisante lors de la coulée composite. Il peut donc être difficile de maintenir un effet d'ancrage efficace sur l'aluminium utilisé pour la coulée composite. La 5 conductivité thermique peut également être insuffisante. Un diamètre supérieur à 30 mm peut entraîner une surface effective de contact avec l’aluminium insuffisante après l'insertion de l’élément d'insertion. Cela peut en outre conduire à un cas où des structures en forme de maille efficaces ne peuvent pas être obtenues, ce qui contribuerait autrement à la dispersion des contraintes générées par une force externe. En réglant les diamètres des cercles inscrits 10 dans la plage ci-dessus, la surface effective de contact avec l'aluminium lors de la coulée composite est suffisante, ce qui permet d'obtenir une conductivité thermique favorable lorsqu'il est utilisé comme élément d'insertion. En outre, la structure en forme de maille(s) peut disperser les contraintes. Il est à noter que, dans le cas où l’élément d'insertion 11 présente une forme cylindrique, par exemple, le diamètre du cercle inscrit peut être déterminé 15 en tant que valeur moyenne en corrigeant une image capturée de portions saillantes sur une surface incurvée en une image sur une surface plate à l'aide d’un microscope numérique, en créant, par exemple, de 1 à 50 cercles inscrits sur la surface plate en fonction de l’image corrigée, et en obtenant la valeur moyenne à partir de ces cercles inscrits. En alternative, le diamètre du cercle inscrit peut être déterminé comme une plage incluant des valeurs 20 mesurées en fonction du diamètre minimum et du diamètre maximum, ou de préférence une plage incluant toutes les valeurs mesurées. Il est à noter que la présente invention n'est pas limitée à un mode de réalisation dans lequel toute la partie intérieure (partie de surface plate ou plane) est entourée de portions linéaires. Dans ce cas, des cercles inscrits peuvent être tracés le long de certaines portions linéaires, et leurs diamètres peuvent être traités de la 25 même manière que ci-dessus.
De plus, en supposant que la surface 11s, à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite, de l'élément d'insertion 11 soit projetée sur un plan plat, la surface projetée des portions saillantes 3 en forme de maille projetées sur le plan plat est de préférence comprise entre 5 % et 70 % inclusivement, de façon davantage préférée comprise entre 10 % 5 et 60% inclusivement, et idéalement comprise entre 16% et 43% inclusivement de la surface totale projetée. Si la surface projetée des portions saillantes 3 en forme de maille est inférieure à 5 %, la surface effective de contact avec l’aluminium lors de la coulée composite peut être insuffisante. En outre, l'effet en tant que nervures de renfort réduisant les contraintes générées par une force externe peut diminuer. Si la surface projetée des portions 10 saillantes en forme de maille dépasse 70 %, un effet de réduction de poids peut ne pas être obtenu. La surface projetée des portions saillantes en forme de maille est une surface sur laquelle les parties supérieures des portions saillantes sont projetées depuis le dessus. Le réglage de la surface projetée des portions saillantes en forme de maille dans la plage ci-dessus de la surface projetée totale améliore la force d'adhérence, le transfert de chaleur, 15 et la dissipation thermique sur le métal coulé utilisé pour la coulée composite, ainsi que la rigidité, après la coulée composite. De plus, ce réglage peut également améliorer la conductivité thermique et le module spécifique en tant qu'élément d'insertion après la coulée composite. Il est à noter que la surface projetée peut être calculée par un traitement de banalisation basé sur une image prise, par exemple, avec un microscope et soumise à une 20 correction de plans. La surface projetée peut être déterminée en tant que rapport moyen de la surface projetée des portions saillantes à partir des résultats de mesure, par exemple, de 1 à 50 points. Par ailleurs, la surface projetée peut être déterminée comme une plage incluant des valeurs mesurées en fonction de la valeur minimale et de la valeur maximale du rapport de surface, ou de préférence une plage incluant toutes les valeurs mesurées.
L'épaisseur 11b de l'élément d’insertion 11 est de préférence comprise entre 2 et 20 mm. Par exemple, sur la figure 3, l'épaisseur 11b de l’élément d'insertion 11 est la somme de l'épaisseur h9 (depuis la surface périphérique intérieure à la surface 6 qui est ici une surface régulière cylindrique) de la surface 11s périphérique extérieure de l'élément d'insertion 11 et de la hauteur ha des portions saillantes 3 en forme de maille dans la zone à portion saillante 5 haute 3a. La hauteur ha des portions saillantes peut être de préférence comprise entre 1 et
70%, et de façon davantage préférée comprise entre 10 et 50% de l'épaisseur 11b de l’élément d'insertion 11.
Comme décrit ci-dessus, étant donné que l'élément d'insertion 11 comporte les portions saillantes comprenant les portions linéaires et les portions de jonction sur la surface 10 à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite, l'élément d'insertion dispose d’une plus grande surface pour être en contact avec le métal coulé utilisé pour la coulée composite par rapport aux cas conventionnels, ce qui améliore efficacement le transfert de chaleur et la dissipation thermique. De plus, l'élément d'insertion 11 comprend, dans des zones arbitraires, la zone à portion saillante haute 3a dans laquelle les portions saillantes sont relativement 15 hautes et la zone à portion saillante basse 3b dans laquelle les portions saillantes sont relativement basses. Le métal coulé utilisé pour la coulée composite pénètre dans la zone à portion saillante haute 3a appliquée sur le côté de la surface du pont 13, les côtés d’admission et d’échappement, la zone de coulissement de piston et d’autres zones, ce qui améliore la force d’adhérence, réduit les risques d’écarts entre l'élément d’insertion et le métal 20 coulé, améliore la conductivité thermique au métal coulé, et uniformise la conductivité thermique. Ceci, à son tour, réduit la distorsion de l'alésage et permet également de faire face à l'élévation de température dans le cylindre accompagnant l'augmentation du taux de compression du moteur. La zone à portion saillante basse 3b appliquée sur le côté du carter moteur, sur les côtés avant et arrière, aux zones autres que la zone de coulissement de 25 piston, et à d’autres zones réduit la dissipation thermique et uniformise la toute température, ce qui réduit la distorsion de l'alésage. La réduction de la distorsion de l’alésage réduit la perte mécanique et le gaz de soufflage, et réduit ainsi la consommation de carburant. En outre, l’alignement des zones à portion saillante basse 3b des manchons sur la direction F-R (avant en arrière) du moteur lors de la coulée composite permet de rapprocher les manchons 5 les uns des autres tout en maintenant l’épaisseur de l’aluminium, ce qui permet de réduire le pas entre les alésages.
En outre, par exemple, dans le cas où les portions saillantes présentent une structure isotrope en forme de maille, les portions saillantes exercent un effet de nervures de renfort, permettant de contribuer à la dispersion, et à la réduction, des contraintes générées 10 par la force externe provenant de diverses directions. Par exemple, lorsque l'élément d'insertion est un manchon de cylindre, le module spécifique dans la direction radiale de l'alésage ou dans la direction axiale peut être amélioré, et ainsi, une déformation de l'élément d'insertion peut être évitée. Cela permet de réduire l'épaisseur et le poids du manchon de cylindre tout en conservant la même rigidité.
L'élément d'insertion 11 est inséré dans de l'aluminium, un alliage d’aluminium, ou un autre alliage non ferreux lors de la coulée composite. Ici, l'élément d'insertion 11 obtenu en insérant l'élément d'insertion dans ces métaux ou alliages lors de la coulée composite présente une adhérence favorable entre l'élément d'insertion et un métal ou alliage utilisé pour la coulée composite, tel que l'aluminium, comme décrit ci-dessus, et présente également 20 une conductivité thermique favorable comme élément d'insertion. Il est à noter que la conductivité thermique peut être mesurée par une méthode d’éclair au laser.
Par exemple, lorsqu'un élément d'insertion 11 est un manchon de cylindre à insérer dans un bloc-cylindres 10 de moteur par coulée composite, le manchon de cylindre doit dissiper uniformément la chaleur dans le corps de cylindre d'aluminium environnant et doit 25 présenter une rigidité élevée car le manchon de cylindre est susceptible de recevoir une pression de combustion et une charge de compression pendant que la culasse est fixée à celui-ci. L’application de la présente invention à un manchon de cylindre et l'insertion du manchon de cylindre, par exemple, dans de l’aluminium par coulée composite, fournit un bloc-cylindres de moteur présentant une conductivité et une diffusivité thermiques excellentes.
De plus, même avec un taux de compression élevé du moteur, la chaleur peut être efficacement dissipée depuis le manchon de cylindre au corps de cylindre en aluminium. Ceci permet de réduire l'élévation de la température de combustion accompagnant l'augmentation du taux de compression. En outre, étant donné que le module spécifique du manchon de cylindre peut être amélioré ; même si le poids est identique, une déformation de l'alésage, en d’autres termes, un changement de circularité du manchon de cylindre inséré peut être évité pendant la manœuvre ou la fixation décrite ci-dessus. Cela permet de réduire les pertes mécaniques et les gaz de soufflage du moteur. Si le manchon de cylindre présente la même rigidité, son épaisseur et son poids peuvent être réduits. En conséquence, le moteur peut être allégé.
Ensuite, un mode de réalisation d’un procédé de fabrication de l'élément d’insertion selon la présente invention sera décrit. Le procédé du présent mode de réalisation comprend principalement les étapes consistant à appliquer un agent de revêtement de moule sur la surface 31s d'un moule 31 dans lequel le métal fondu 43 doit être versé, former une couche de revêtement de moule 32s présentant des formes de fissure sur la surface par séchage de l'agent de revêtement de moule appliqué, et à verser du métal fondu 43 par-dessus la couche de revêtement de moule 32s et à couler tout en faisant tourner le moule 31. Chaque étape sera décrite en détail ci-dessous.
Le matériau et la forme du moule servant à mouler l'élément d'insertion 11 ne sont pas particulièrement limités mais peuvent être choisis en fonction de la préforme ou de l'application de l'élément d’insertion. Par exemple, dans le cas du moulage d'un manchon de cylindre destiné à être inséré dans un bloc-cylindres 10 de moteur par coulée composite en tant qu'élément d'insertion, le moule 31 est de préférence un moule métallique et présente de préférence une forme cylindrique.
En tant que moule pouvant être utilisé dans le procédé du présent mode de réalisation, par exemple, la surface périphérique intérieure 31s du moule peut comprendre, dans la direction axiale, une zone de diamètre intérieur de référence Db dans laquelle le diamètre intérieur est relativement petit et une zone de diamètre intérieur de non-référence Da dans laquelle le diamètre intérieur est relativement grand, comme illustré sur la figure 9. La zone de diamètre intérieur de référence Db et la zone de diamètre intérieur de non-référence Da peuvent être disposées en alternance, ou de manière aléatoire. Il peut y avoir des dénivellations aux limites de la zone 80 et cette configuration peut être modifiée en fonction de la préforme et de l'application de l'élément d'insertion 11. La zone de diamètre intérieur de référence Db et la zone de diamètre intérieur de non-référence Da correspondent respectivement à la zone à portion saillante basse et à la zone à portion saillante haute de l'élément d'insertion. Le diamètre intérieur de la zone de diamètre intérieur de référence Db est un diamètre intérieur de référence D, et la différence de diamètre intérieur De entre la zone de diamètre intérieur de référence Db et la zone de diamètre intérieur de non-référence Da est comprise entre 0,1 mm et 1,0 mm, ou de préférence entre 0,2 et 0,5 mm. Les zones des portions saillantes présentant différentes hauteurs avec la différence de diamètre intérieur De dans la plage ci-dessus sont disposées à un emplacement approprié. Par exemple, dans le cas où l'élément d'insertion 11 après moulage est utilisé pour un bloc-cylindres 10 destiné à un moteur, la zone à portion saillante haute 3a peut être appliquée du côté de la surface de pont 13, sur les côtés d'admission et d'échappement, sur la zone de coulissement de piston, ou similaire, et la zone à portion saillante basse 3b peut être appliquée sur le côté du carter moteur 14, sur les côtés avant et arrière, sur des zones autres que la zone de coulissement de piston, ou similaire. Cela uniformise la conductivité thermique depuis l'élément d’insertion jusque dans le métal coulé dans son ensemble et réduit la distorsion de l’alésage. En outre, le fait de disposer les manchons de cylindre dans la coulée composite de telle sorte que les zones à portion saillante basse se font face permet de 5 réduire le pas entre les alésages.
Dans un autre exemple de moule 31 pouvant être utilisé pour le procédé du présent mode de réalisation, la zone de diamètre intérieur de référence Db et la zone de diamètre intérieur de non référence Da formées dans la surface périphérique intérieure 31s du moule ne doivent pas nécessairement présenter une dénivellation entre elles mais peuvent 10 présenter, par exemple, une forme ondulée avec laquelle le diamètre intérieur varie de façon continue, comme illustré à la figure 10.
Dans encore un autre exemple de moule 31 utilisable pour le procédé du présent mode de réalisation, la surface périphérique intérieure 31s du moule peut présenter des zones de diamètre intérieur de référence Db et des zones de diamètre intérieur de non référence Da dans une direction perpendiculaire à Taxe, comme illustré à la figure 11. Une telle forme présentant des tranchées dans la direction axiale permet d'extraire facilement une pièce moulée du moule et facilite ainsi la fabrication de l’élément d'insertion 11. Dans le cas de rapprochement de multiples éléments d’insertion moulés (alignés de façon rapprochée sur une ligne), la disposition dans laquelle les zones à portion saillante basse se font face permet 20 de rapprocher les éléments d'insertion tout en conservant l’épaisseur de l’aluminium, ce qui réduit le pas entre les alésages tout en assurant le remplissage de l’aluminium.
Pour mouler l'élément d'insertion 11 comprenant des zones à portion saillante haute 3a et des zones à portion saillante basse 3b, il est préférable d'utiliser un moule 31 comprenant partiellement des zones de diamètre intérieur de référence dans lesquelles le 25 diamètre intérieur est relativement petit et des zones de diamètre intérieur de non référence dans lesquelles le diamètre intérieur est relativement grand sur la surface périphérique intérieure du moule, et d’utiliser un procédé de coulage centrifuge dans lequel le métal fondu s’écoule vers l’intérieur sous l'action de la force centrifuge pendant que le moule tourne. Dans un autre procédé de moulage, un élément d'insertion 11 présentant des portions saillantes 3 5 sur la surface périphérique extérieure 11s est fabriqué à l'aide d'un moule 31 présentant un diamètre inférieur constant, puis la hauteur des portions saillantes est réduite par découpe, de sorte que la force d’adhérence et la conductivité thermique peuvent être modifiées dans des zones arbitraires. Cependant, ce procédé n'est pas préférable car il implique des processus supplémentaires nécessaires au découpage et le coût de fabrication est donc élevé. Il est à 10 noter que les surfaces du moule utilisé pour mouler l'élément d'insertion 11 peuvent être, par exemple, des surfaces usinées, qui sont approximativement plates.
En référence à un diagramme de déroulement de processus schématique, réparti sur les figures 12A à 12H, un procédé de fabrication du présent mode de réalisation va être décrit plus en détail. Tout d’abord, comme illustré sur la figure 12A, l’agent de revêtement de moule 15 32 est préparé dans un récipient 36. L’agent de revêtement de moule contient au moins un matériau ignifuge, un liant et un solvant. L'agent de revêtement peut contenir des agrégats dans certains cas.
En tant que matériau ignifuge, la poudre de dlatomite est préférable en particulier pour empêcher la solidification blanche du métal fondu et pour garantir des propriétés de 20 démoulage suffisantes, ainsi que pour protéger la surface du moule. La limite inférieure de la quantité du matériau ignifuge à mélanger est de préférence de 2 % en masse ou plus, et de façon davantage préférée de 8 % en masse ou plus de la masse totale de l'agent de revêtement de moule. La limite supérieure est de préférence de 40 % en masse ou moins, de façon davantage préférée de 27 % en masse ou moins, et idéalement de 15 % en masse ou 25 moins de la masse totale de l'agent de revêtement de moule.
Des exemples de liant comprennent la bentonite, la montmorillonite, la kaolinite, la sépiolite, l'attapulgite et l'argile réfractaire. En particulier, la bentonite est préférable dans la mesure où la bentonite absorbe le solvant et gonfle, de sorte que lorsque la bentonite est mélangée à un solvant avec un matériau ignifuge et un agrégat, la bentonite peut présenter 5 une viscosité qui inhibe la séparation et permet de fixer l’agent de revêtement de moule sur la surface du moule. La limite inférieure de la quantité de liant à mélanger est de préférence de 2 % en masse ou plus, de façon davantage préférée de 5 % en masse ou plus, et idéalement de 8 % en masse ou plus de la masse totale de l'agent de revêtement de moule. La limite supérieure est de préférence de 20 % en masse ou moins, de façon davantage préférée de 10 12 % en masse ou moins, et idéalement de 10 % en masse ou moins de la masse totale de l'agent de revêtement de moule. Si la quantité de liant est inférieure à 2 % en masse, une séparation du matériau ignifuge est susceptible de se produire, et la résistance de la couche de revêtement de moule peut être insuffisante dans certains cas. Si la quantité de liant dépasse 20 % en masse, la viscosité de suspension de l’agent de revêtement de moule peut 15 être trop élevée, ce qui peut rendre le revêtement difficile.
Le solvant peut être de l’eau. La limite inférieure de solvant à mélanger est de préférence de 60 % en masse ou plus de la masse totale de l'agent de revêtement de moule. La limite supérieure est de préférence de 85 % en masse ou moins de la masse totale de l'agent de revêtement de moule. L'agent de revêtement de moule peut également contenir un 20 solvant organique présentant un point d'ébullition supérieur à celui de l’eau, tel que le butanol, en plus des matériaux décrits ci-dessus. Dans ce cas, un tel solvant organique peut être mélangé avec de l'eau pour être utilisé.
L'agent de revêtement de moule 32 peut également contenir des agrégats en plus des matériaux décrits ci-dessus. En tant qu’agrégat, on peut utiliser du sable en poudre 25 minérale ou en céramique artificielle composé d’oxyde d’aluminium et de dioxyde de silicium, tel que la mullite et le sable cerabeads, et du sable pour coulage, tel que le sable de zirconium, le sable de chromite, le sable de silice, le sable d’olivine, et le sable de spinelle. En particulier, la mullite et le sable cerabeads sont préférables en ce qu'ils présentent des densités suffisamment petites pour inhiber la séparation du matériau ignifuge et du liant, et ils n'absorbent pas le solvant et facilitent la contraction de la couche de revêtement de moule pour augmenter le nombre de fissures dans la couche de revêtement de moule lorsque la couche de revêtement de moule est séchée et solidifiée. La limite inférieure de la quantité d’agrégat à mélanger est de préférence de 1,0 % en masse ou plus, de façon davantage préférée de 1,5 % en masse ou plus, et idéalement de 3 % en masse ou plus de la masse 10 totale de l'agent de revêtement de moule. La limite supérieure n'est pas particulièrement limitée mais est de préférence de 25 % en masse ou moins, et de façon davantage préférée de 10 % en masse ou moins.
L'agent de revêtement de moule peut être préparé sous la forme d'un coulis en mélangeant au moins le matériau ignifuge, le liant et le solvant, et en ajoutant en outre 15 l’agrégat au mélange dans certains cas.
Ensuite, comme illustré sur la figure 12B, l'agent de revêtement de moule 32 est appliqué sur la surface périphérique intérieure 31s d'un moule 31 sur lequel le métal fondu 43 doit être versé. Dans cette étape d'application de l'agent de revêtement de moule, l'agent de revêtement de moule 32 est appliqué sur la surface périphérique intérieure 31s du moule 31 20 en utilisant un bec 41 tandis que le moule cylindrique 31 tourne dans une direction constante 40. Il est préférable que l'agent de revêtement de moule 32 soit appliqué uniformément sur toute la surface périphérique intérieure du cylindre en déplaçant le bec 41 dans une direction longitudinale 42 du cylindre à une vitesse constante tout en se maintenant à une distance constante de la surface périphérique intérieure 31s du moule. Dans le cas de l'utilisation d'un 25 moule cylindrique, il est préférable que le moule soit mis en rotation, par exemple, dans un '2 6 état dans lequel l'on fait rouler le cylindre horizontalement. Il est préférable de régler l'accélération centrifuge du moule pendant la rotation de 4 G à 40 G inclus.
Il est préférable que la surface périphérique intérieure 31s du moule 31 soit chauffée à une température qui ne provoque pas une élévation soudaine de la température de l’agent de revêtement de moule 32, au moment de l'application de l'agent de revêtement de moule 32 sur le moule 31. La température de chauffage est de préférence comprise entre 110 et 210 °C, et de façon davantage préférée comprise entre 120 et 180 °C.
Ensuite, comme illustré sur la figure 120, l'agent de revêtement de moule 32 appliqué est séché de sorte à former une couche de revêtement de moule 32s qui comprend 10 des zones dans lesquelles les largeurs et les profondeurs des fissures sont partiellement différentes. Dans l'étape de formation de la couche de revêtement de moule, il est préférable que le moule 31 soit mis en rotation dans la direction constante 40 jusqu’à ce que l'agent de revêtement de moule soit séché.
L’agent de revêtement de moule 32 peut être séché pendant la rotation du moule 15 après l'application. L'agent de revêtement de moule peut être séché et solidifié par la chaleur du moule qui a été chauffé ou par la chaleur du moule qui est davantage chauffé. Il est préférable que la durée de la rotation soit comprise entre 0,25 et 3 minutes. Par ailleurs, le temps nécessaire pour sécher et solidifier l'agent de revêtement de moule 32 peut être réduit en chauffant le moule 31 de l'intérieur ou de l'extérieur du moule selon les besoins après 20 l'arrêt de la rotation du moule.
Lorsque l'agent de revêtement de moule 32 est séché par chauffage supplémentaire après l’application, le chauffage est réalisé de préférence à une température supérieure ou égale à la température d'évaporation du solvant et inférieure ou égale à la température supérieure à la température d'évaporation de 110 °C. Ceci évite une élévation soudaine de la 25 température du solvant depuis l'intérieur de l'agent de revêtement de moule et évite également la production excessive de bulles d'air (vapeur d'eau), et ainsi dans cet état, la couche de revêtement de moule 32s présentant des fissures de formes souhaitées peut être formée. La limite inférieure de la température de chauffage est de préférence égale ou supérieure à la température d'évaporation du solvant, de façon davantage préférée 5 supérieure à la température d'évaporation du solvant de 10 °C, et idéalement supérieure à la température d’évaporation du solvant de 20 °C. La limite supérieure de la température de chauffage est de préférence supérieure de 110 °C à la température d'évaporation du solvant, et de façon davantage préférée supérieure de 80 °C à la température d’évaporation du solvant.
L'épaisseur de la couche de revêtement de moule 32s après son séchage n'est pas particulièrement limitée, mais l'épaisseur moyenne de celle-ci est de préférence comprise entre 0,1 mm et 5,0 mm, et de façon davantage préférée comprise entre 0,5 mm et 2,0 mm.
Ici, en référence aux figures 13A à 13D, le mécanisme de formation de la couche de revêtement de moule 32s sera décrit. Comme illustré sur la figure 13A, par exemple, même 15 s'il existe une différence de hauteur sur la surface périphérique intérieure 31s du moule 31 en raison d'une dénivellation ou similaire, la surface de l'agent de revêtement de moule 32 est formée pour être approximativement plate. Ensuite, une partie du composant volatile 33 s'évapore de l'agent de revêtement de moule 32 sur la surface périphérique intérieure 31s du moule chauffé 31. La figure 13B illustre un état initial de la couche de revêtement de moule 20 32s pendant le séchage et la solidification. À ce stade, une grande quantité du composant volatil 33 s'évapore de la couche de revêtement de moule 32s, et la contraction 34 commence à se produire à des intervalles aléatoires à la surface de la couche de revêtement de moule 32s, générant ainsi des fissures 35L Ici, étant donné que la quantité du composant volatil 33 diffère en raison de la différence d'épaisseur de la couche de revêtement de moule 32s, la 25 quantité de contraction 34 diffère également. Il se produit une plus grande quantité/amplitude de contraction à l’endroit où la couche de revêtement de moule 32s est plus épaisse, et par conséquent, les fissures 35i y sont plus larges et plus profondes. En conséquence, à mesure que le séchage progresse, les fissures deviennent relativement étroites et peu profondes dans la couche de revêtement de moule dans la zone de diamètre intérieur de référence Db, 5 et les fissures deviennent relativement larges et profondes dans la couche de revêtement de moule dans la zone de diamètre intérieur de non référence Da.
La figure 13C illustre un état terminal pendant le séchage et la solidification. La contraction 34 de la couche de revêtement de moule 32s progresse davantage, et des fissures 35m s'étendant vers la surface du moule 31 se produisent à partir de la surface de la 10 couche de revêtement de moule 32s. En conséquence, les sections transversales des écarts dans la direction de l'épaisseur de la couche de revêtement de moule 32s deviennent cunéiformes. Dans cet état, la différence de largeur et de profondeur des fissures due à la différence d'épaisseur de la couche de revêtement de moule 32s devient perceptible, et une zone à basse fissure Eb comprenant des fissures 35mb relativement étroites et peu 15 profondes, ainsi qu’une zone à haute fissure comprenant des fissures 35ma relativement larges et profondes, se forment. La couche de revêtement de moule 32s est complètement séchée et solidifiée dans cet état fissuré.
Dans le cas de l'utilisation d'un moule 31 tel qu'illustré sur la figure 9 comprenant des zones de diamètre intérieur de référence et des zones de diamètre intérieur de non référence 20 dans la direction axiale et d'un moule tel qu’illustré sur la figure 10 qui ne comporte pas de dénivellations entre les zones de diamètre intérieur de référence et les zones de diamètre intérieur de non référence et, par exemple, dont le diamètre intérieur change continuellement, pour former une forme ondulée, il est préférable de régler/ajuster les fissures 35ma et 35mb dans les deux zones de manière à ce que ces fissures n'atteignent pas la surface 25 périphérique intérieure 31s du moule 31 dans cet état terminal pendant le séchage et la solidification. En particulier, il est préférable de contrôler la profondeur des fissures 351 de telle sorte que les fissures larges et profondes 35ma ne deviennent pas plus profondes que le diamètre intérieur de référence D du moule 31. Avec cette configuration, lorsque l'élément d'insertion 11 est extrait du moule 31 après le moulage, il est possible d'extraire facilement 5 l'élément d'insertion sans endommager la zone à portion saillante haute 3a formée par les fissures 35ma dans la zone à haute fissure Ea près de la surface périphérique intérieure 31s du moule 31, ce qui facilite le moulage de l'élément d'insertion avec une structure souhaitée.
D'autre part, dans le cas de l'utilisation d'un moule 31 tel qu'illustré sur la figure 11 comprenant des zones de diamètre intérieur de référence et des zones de diamètre intérieur 10 de non référence dans une direction perpendiculaire à l'axe, l'élément d'insertion 11 est extrait du moule 31 la direction axiale après le moulage. Ainsi, même si les fissures 35ma et 35mb atteignent la surface périphérique intérieure 31s du moule, et que les fissures 35ma deviennent plus profondes que le diamètre intérieur de référence D du moule 31 dans cet état terminal pendant le séchage et la solidification, l'élément d'insertion peut être extrait aisément 15 sans endommager les portions saillantes dans les zones à portion saillante haute 3a et les zones à portion saillante basse 3b formées par les fissures 35ma et 35mb. Cela facilite le moulage de l'élément d'insertion 11 avec une structure souhaitée.
La figure 13D illustre un état dans lequel le séchage et la solidification ont progressé davantage que l'état de la figure 13C. Dans la couche de revêtement de moule 32s, des 20 fissures plus profondes 35f se produisent. Dans la zone fissure basse Eb, des fissures 35fb, qui ont traversé la couche de revêtement de moule 32s et ont atteint la surface périphérique intérieure 31s du moule, apparaissent ; et dans la zone à haute fissure Ea, des fissures 35fa, plus profondes que le diamètre intérieur de référence D, apparaissent.
Dans le cas de l’utilisation d'un moule tel qu'illustré à la figure 9 comprenant des 25 zones de diamètre intérieur de référence et des zones de diamètre intérieur de non référence dans la direction axiale ou d'un moule tel qu’illustré à la figure 10 qui ne comporte pas de dénivellations entre les zones de diamètre intérieur de référence et les zones de diamètre intérieur de non référence et, par exemple, dont le diamètre intérieur change continuellement, formant une forme ondulée, si les fissures 35fb atteignent la surface périphérique intérieure 5 31s du moule, ou les fissures 35fa, qui sont plus profondes que le diamètre intérieur de référence D, se produisent, dans cet état dans lequel le séchage et la solidification ont progressé ; lorsque l’élément d'insertion 11 ou 48 est extrait du moule 31 après le moulage, il est difficile d'extraire les zones à portion saillante haute formées par les fissures 35fa. Par conséquent, dans le cas où on utilise un moule présentant des zones de diamètre intérieur de 10 référence et des zones de diamètre intérieur de non référence dans la direction axiale, il est préférable de contrôler la hauteur des portions saillantes dans les zones à portion saillante basse 3b et dans les zones à portion saillante haute 3a de telle sorte que l'élément d'insertion ne présente pas de portions saillantes avec des parties rétrécies comme illustré sur les figures 7A-7B et 8A-8C même si l'élément d’insertion 11 peut comporter des portions 15 saillantes 3 inclinées comme illustré avec l’exemple des figures 6A-6B.
Par ailleurs, dans le cas de l'utilisation d'un moule tel qu'illustré sur la figure 11 comprenant des zones de diamètre intérieur de référence et des zones de diamètre intérieur de non référence dans une direction perpendiculaire à l'axe, si les fissures 35fa plus profondes que le diamètre intérieur de référence D se produisent dans la zone à haute fissure 20 Ea, ou si les fissures 35fb présentes dans la zone à basse fissure Eb atteignent la surface périphérique intérieure 31s du moule, dans cet état dans lequel le séchage et la solidification ont progressé, cela ne pose pas de problème. Ceci est dû au fait que l'élément d'insertion 11 ou 48 est extrait du moule 31 dans le sens axial après le moulage, et qu'il peut donc être extrait aisément. Les fissures 35fb, qui ont atteint la surface périphérique intérieure 31s 25 comme décrit ci-dessus, se sont en outre répandues le long de la surface du moule en raison de la contraction de la couche de revêtement de moule. La zone de portion saillante formée par les fissures ainsi obtenues comprend des portions saillantes présentant des parties rétrécies comme illustré sur les figures 7A à 8C. En d'autres termes, dans le cas de l'utilisation d'un moule 31 comprenant des zones de diamètre intérieur de référence et des 5 zones de diamètre intérieur de non référence dans une direction perpendiculaire à l'axe, l'élément d'insertion peut comprendre des portions saillantes ayant des parties rétrécies comme illustré sur les figures 7A à 8C, en plus des portions saillantes inclinées comme illustré sur la figure 6A ou 6B.
En revenant au procédé de fabrication de l'élément d'insertion 11, comme illustré sur la figure 12D, le métal fondu 43 de fonte est versé dans le moule 31 par le dessus de la couche de revêtement de moule 32s, et un coulage centrifuge est réalisé tout en faisant tourner le moule 31 dans une direction constante 40. Dans cette étape de coulage, le métal fondu 43 peut être versé à l'intérieur du cylindre en utilisant un dispositif d’alimentation en métal fondu, tel qu’un bec, tout en faisant tourner le moule 31, comme sur la figure 12B. Pour 15 la rotation du moule, l'accélération centrifuge du moule est de préférence fixée à une valeur comprise entre 100 G et 120 G inclus. En faisant tourner le moule, la force centrifuge amène le métal fondu à s'écouler également dans les fissures de la couche de revêtement de moule 32s. Ainsi, des structures en saillie linéaires souhaitées peuvent se former sur la surface 11s de l'élément d'insertion 11. La température du métal fondu 43 n’est pas particulièrement 20 limitée tant qu'il s'agit d'une température à laquelle la fonte, le métal, l'alliage ou similaire à utiliser, sont en fusion. Dans le cas de la fonte, la température du métal fondu est de préférence comprise entre 1380 et 1450 °C. La température du moule 31 au moment où le métal fondu 43 est versé dans le moule est de préférence comprise entre 100 et 300 °C.
Ensuite, comme illustré sur la figure 12E, le métal fondu de la fonte est solidifié. Dans cette étape de solidification, le métal fondu 43 de la fonte est refroidi de l'extérieur du moule et solidifié pour obtenir une pièce moulée 44 présentant ia forme de i’élément d'insertion. Après le coulage en versant le métal fondu dans le moule, le métal fondu peut être maintenu, par exemple, pendant entre 0,25 et 1 minute pour être refroidi et solidifié naturellement. Par ailleurs, le métal fondu peut être solidifié, par exemple, en refroidissant naturellement la pièce 5 moulée d’une température finale de solidification eutectique à la température inférieure à la température finale de solidification eutectique de 100 °C. Il est préférable de solidifier le métal fondu avant d’arrêter la rotation du moule. Afin d'éviter la précipitation de ferrite dans la composition métallique de la pièce moulée 44, par exemple, l'extérieur du moule peut être refroidi à l'eau tout en faisant tourner le moule à la température finale de transformation 10 eutectoïde (transformation Ar1), par exemple, une température jusqu'à environ 730 °C, en fonction de la masse ou de l'épaisseur de l’élément d'insertion 11. La pièce moulée 44 présentant la forme de l’élément d'insertion est obtenue en solidifiant et en refroidissant le métal fondu comme décrit ci-dessus.
Ensuite, comme illustré sur la figure 12F, la pièce moulée 44 présentant la forme de 15 l'élément d’insertion est extraite du moule 31. Le procédé d’extraction de la pièce moulée du moule n'est pas particulièrement limité mais est choisi en fonction de la forme du moule. Par exemple, dans le cas d'un moule cylindrique, la pièce moulée 44 peut être extraite du moule 31 en fixant un mandrin ayant des pinces qui s'ouvrent vers l'extérieur à une extrémité de la surface périphérique intérieure de la pièce moulée 44 et en tirant l'autre extrémité du mandrin 20 dans le sens de ia flèche 45 sur la figure avec un cylindre hydraulique ou similaire.
Ensuite, comme illustré sur ia figure 12G, ia couche de revêtement de moule 32s est retirée de ia pièce moulée 44 extraite du moule 31. La couche de revêtement de moule 32s peut être fixée à la surface de la pièce moulée 44 extraite du moule 31. Le procédé d'extraction de la couche de revêtement de moule de la pièce moulée n'est pas 25 particulièrement limité. Parmi les exemples de ce procédé figurent le nettoyage par grenaillage, le nettoyage au jet d’eau, et le nettoyage cryogénique. Par exemple, la couche de revêtement de moule 32s peut être retirée de la pièce moulée 44 en projetant le moyen de soufflage 47 sur la couche de revêtement de moule 32s sur la surface de la pièce moulée 44 tout en déplaçant le corps moulé 44 dans le sens de la flèche 46. Dans le cas du nettoyage 5 par grenaillage, une poudre de céramique ayant des tailles de grains compris entre #240 et #8000 et un diamètre de grain moyen compris entre 0,5 et 60 pm peut être utilisée comme moyen de soufflage, et la pression de projection est de préférence comprise entre 0,1 et 0,4
MPa. Dans le cas du nettoyage au jet d'eau, la pression de projection est de préférence comprise entre 0,1 et 0,4 MPa.
La figure 12H illustre un élément d'insertion 48 après que la couche de revêtement de moule 32s ait été retirée de la pièce moulée 44. La couche de revêtement de moule 32s est retirée de la pièce moulée de sorte à obtenir l'élément d'insertion 48 comportant des portions saillantes en forme de maille sur la surface 48s.
La présente invention permet de former des zones à portion saillante haute 3a et des zones à portion saillante basse 3b qui sont des portions saillantes 3 en forme de maille et présentent des hauteurs h3 différentes au niveau des portions linéaires de la surface, à laquelle le métal coulé doit être lié, d'un élément d'insertion unique, et celles-ci ne peuvent pas être formées par les procédés de fabrication conventionnels. L'élément d'insertion 11,48 selon la présente invention est également applicable à des éléments, à l'exception des pièces coulissantes, présentant une rigidité élevée et des transferts de chaleur, une dissipation thermique, et une conductivité thermique excellents, et par exemple, un élément d'insertion dans une pièce sur laquelle agit un couple de rotation, comme un tambour de frein en aluminium, un moyeu de roue en aluminium coulé sous pression pour motos, et un tourillon dans un système de transmission.
Le procédé de fabrication ci-dessus est préférable pour former les structures de saillie linéaires continues comprenant partiellement des zones à portion saillante haute et des zones à portion saillante basse sur la surface 11s, à laquelle un métal coulé doit être lié, de l'élément d’insertion 11. Une partie de la surface, à laquelle le métal coulé doit être collé, de l'élément d'insertion, peut être soumise à un meulage ou à une découpe.
L’élément d'insertion 11 ainsi obtenu peut être inséré, par exemple, par un procédé de coulage sous pression. Les conditions d'injection ne sont pas particulièrement limitées, mais par exemple, pour ADC12, ADC10, ou ADC3, le métal fondu peut être versé entre 620 et 670 °C, et le moulage peut être réalisé avec une pression d'injection comprise entre 50 et 100 MPa à une vitesse d'injection comprise entre 1,5 et 4,0 m/seconde. L'élément d'insertion peut 10 être obtenu comme ci-dessus.
Exemple de test 1
Fabrication de l'élément d'insertion
Un agent de revêtement de moule a été préparé avec un rapport de mélange de 15 % en 15 masse de diatomite, 10 % en masse de bentonite, et 75 % en masse d'eau, et le mélange a été agité avec un mélangeur électrique (fabriqué par RYOBI LIMITED).
Pour le moule destiné à un élément d’insertion, un moule cylindrique tel qu'illustré à la figure 9 a été utilisé comprenant des zones présentant des diamètres intérieurs différents dans la direction axiale, et présentant des zones de diamètre intérieur de référence avec un 20 diamètre intérieur de référence D d'environ 79 mm et des zones de diamètre inférieur de non référence avec un diamètre intérieur d'environ 80 mm, et la température de la surface périphérique intérieure du moule cylindrique a été réglée à 160 °C. Cette température peut être mesurée à l'aide d'un thermomètre à contact ou d'un thermomètre à rayonnement. Une couche de revêtement de moule 32s a été formée en appliquant l'agent de revêtement de moule 32 sur la surface périphérique inférieure 31s du moule 31 avec un bec tout en faisant tourner le moule à une accélération centrifuge comprise entre 4 et 10 G avec la partie cylindrique (direction longitudinale du cylindre) fixée latéralement. La rotation du moule a été maintenue pendant environ 1 minute après l'application pour former une couche de revêtement de moule sur la surface périphérique intérieure du moule. La couche de revêtement de moule 32s ainsi obtenue présentait, en surface, une forme comprenant partiellement des zones présentant des fissures de différentes largeurs et profondeurs, et l'épaisseur moyenne de la couche est d'environ 1 mm. L'épaisseur de la couche a été déterminée en mesurant la surface de la couche de revêtement de moule en 10 points avec 10 une sonde de mesure (Fe-2,5 LwA) reliée à un appareil de mesure d'épaisseur de film électromagnétique (modèle n° SWT-8000II fabriqué par Sanko Electronic Laboratory Go., Ltd.), puis en calculant la moyenne à partir des valeurs mesurées.
Ensuite, du métal fondu 43 a été versé dans le moule 31 sur la surface périphérique intérieure duquel la couche de revêtement de moule s’est formée pour couler l'élément 15 d'insertion. En tant que métal fondu, la fonte fondue à 1420 °C a été utilisée. Le métal fondu a été versé dans le moule dans un état dans lequel la température de la surface périphérique intérieure du moule était de 160°C et le moule tournait à une accélération centrifuge de 120 G. Après avoir versé le métal fondu dans le moule, la rotation du moule a été maintenue pendant 0,5 minute. Ensuite, le moule a été refroidi à 730 °C ou moins avec de l'eau froide depuis la 20 surface périphérique extérieure du moule tout en continuant à faire tourner le moule. Ainsi, le métal fondu a été solidifié et refroidi pour obtenir une pièce moulée pour l'élément d'insertion.
Après la solidification et le refroidissement du métal fondu 43, la rotation du moule a été arrêtée. Ensuite, un mandrin présentant des pinces ouvertes vers l'extérieur a été fixé à une portion d'extrémité de la surface périphérique intérieure de la pièce moulée, et la pièce 25 moulée a été extraite du moule en déplaçant le mandrin dans une direction opposée au moule
6 avec l’autre extrémité du mandrin relié à un cylindre hydraulique. Ensuite, des moyens de soufflage ont été projetés sur la surface périphérique extérieure de la pièce moulée ainsi extraite pour ôter la couche de revêtement de moule de la pièce moulée. Les moyens de soufflage projetés étaient une poudre de céramique ayant un diamètre de grain moyen de 23 5 pm, et la pression de projection était de 0,3 MPa. De cette manière, la couche de revêtement de moule 32s a été ôtée pour obtenir une préforme cylindrique allongée pour l'élément d’insertion ayant un diamètre intérieur de 64 mm et une épaisseur de 7,5 mm. En outre, la préforme de l'élément d'insertion a été découpée en une longueur spécifiée, et la surface périphérique intérieure a également été usinée par tournage en utilisant le diamètre extérieur 10 comme référence pour obtenir l'élément d'insertion présentant une longueur de 124 mm et une épaisseur de 4,5 mm. L'épaisseur 11b de l'élément d’insertion 11 correspond à la somme de l'épaisseur h9 de l'élément d’insertion 11 (de la surface périphérique intérieure à la surface plate 6 de la surface périphérique extérieure) et à la hauteur ha des portions saillantes 3 en forme de maille dans les zones à portion saillante haute 3a. L'épaisseur de chaque surface 15 d'extrémité a été mesurée avec un pied à coulisse en cinq points, et la moyenne de ces valeurs a été calculée.
Le tableau 1 présente la surface observée des portions saillantes, le rapport de mélange de l'agent de revêtement de moule 32 pour obtenir l'élément d'insertion 11, la température de moule, l'épaisseur de l'élément d’insertion, et la hauteur moyenne h3 des 20 portions saillantes 3 dans chaque zone à portion saillante haute 3a et dans chaque zone à portion saillante basse 3b.
Exemple de test 8 Exemple de test 7 Exemple de test 6 Exemple de test 5 Exemple de test 4 Exemple de test3 Exemple de test 2 Exemple de test 1
Portion saillante basse Portion saillante basse Portion saillante basse Portion saillante basse Portion saillante haute Portion saillante haute Portion saillante haute Portion saillante haute Zone de portions saillantes observée
en σι σ en __L σι __L en __L σι __L σι diatomite Rapport de mélange d'agent de revêtement de Température moule / % en masse de moule
O O O O O O O O Mullite
o o o o o o o o Cerabea ds
o o o o o o o o Bentonit e
75 75 75 75 75 75 75 75 m SD C r
œ o œ o œ o œ o σ> o œ o O o œ o
4,5 σι 4,5 σι 4,5 U1 4,5 4,5 Épaisseur de l'élément d'insertion / mm
0,572 0,574 0,575 0,575 0,900 008Ό 0,900 006Ό Hauteur moyenne des portions saillantes / mm
Tableau 1 <!
Exemples de test 2 à 8
Les éléments d'insertion 11 ont été obtenus de la même manière que pour l'Exemple de test 1 excepté que le rapport de mélange de l'agent de revêtement pour moule, la température de moule, l'épaisseur de l'élément d'insertion, et les hauteurs moyennes de 5 portion saillante des zones à portion saillante haute 3a et des zones à portion saillante basse 3b ont été définis comme illustré dans le Tableau 1.
Fabrication de l'élément d'insertion
Des éléments d'insertion 11 approximativement cylindriques ont été fabriqués par un procédé de coulage sous pression, consistant à insérer chacun des éléments d'insertion des exemples de test 1 à 8 dans de l'aluminium par coulée composite de sorte que l'aluminium soit lié à la surface périphérique extérieure 11s de chaque élément d’insertion 11. L'ADC12 a été utilisé en tant qu’aluminium, le métal fondu a été versé à 650 °C, et le coulage a été réalisé avec une pression d'injection de 65 MPa à une vitesse d'injection de 2,0 m/seconde.
L'aluminium de la surface périphérique extérieure de l'élément d’insertion ainsi obtenu a été usiné par tournage jusqu'à ce que le diamètre extérieur atteigne 81 mm, en utilisant la surface périphérique intérieure comme référence, puis la surface périphérique intérieure de l'élément d'insertion a été usinée par tournage jusqu'à ce que le diamètre intérieur atteigne 73 mm, en prenant comme référence la surface périphérique extérieure, de sorte que l'épaisseur de l'élément d'insertion était de 4 mm.
Évaluation de la conductivité thermique de l'élément d'insertion
Des échantillons ont été préparés en découpant des plaques circulaires de diamètre conforme à un appareil de test dans les éléments d'insertion des exemples de test 1 à 8. Des échantillons ont été préparés de manière à ce que l’élément d’insertion et la fonte 25 d’aluminium environnante aient la même épaisseur avec l’interface entre ces deux éléments
9 constituant un centre. En tant que test de conductivité thermique, une chaleur spécifique et une diffusivité thermique ont été mesurées en réalisant une irradiation laser sur la surface en fonte de l’échantillon dans l’atmosphère à température ambiante (25 °C) en utilisant un procédé d’éclair au laser (en anglais LF method pour laser flash method) avec un système de 5 mesure de la constante thermique (TC-7000 fabriqué par ULVAC-RIKO, Inc.), et la conductivité thermique a été calculée à l'aide de la formule suivante (1) :
λ ~ Cp χ α χ p (1 ), dans laquelle λ représente la conductivité thermique, Cp représente la chaleur spécifique, a représente la diffusivité thermique, et p représente la densité à la température ambiante. La 10 densité à la température ambiante a été calculée en utilisant les dimensions et le poids de l'échantillon mesurés dans l'atmosphère à la température ambiante (25 °C). Le tableau 2 présente la conductivité thermique lorsque l’aluminium fondu est rempli.
Évaluation de la force d'adhérence de l'élément d'insertion
Huit échantillons carrés, chacun présentant une zone d’adhérence comprise entre 15 300 et 500 mm2, ont été découpés dans les éléments d'insertion 11 des exemples 1 à 8. Des gabarits de traction ont été fixés à la surface latérale en aluminium et à la surface latérale en fonte de l'échantillon à l'aide d'un adhésif époxy thermodurcissable, puis un test de décollement vertical a été réalisé à l'aide du dispositif de test universel de précision (AG-100kN Xplus fabriqué par Shimadzu Co., Ltd.). La valeur obtenue en divisant la charge 20 maximale au moment où l’élément d'insertion et l’aluminium ont été séparés l'un de l'autre au niveau de la zone d’adhérence de l'échantillon avant le test a été définie comme étant la force d'adhérence. Le tableau 2 présente la force d'adhérence à l'aluminium lorsque l'aluminium fondu a été rempli.
Tableau 2
Zone de portion saillante Observée Force d’adhérence /mpa Conductivité thermique /W/mxk
Exemple de test 1 Portion saillante haute 31,2 33,2
Exemple de test 2 Portion saillante haute 11,9 67,5
Exemple de test 3 Portion saillante haute 21,5 50,9
Exemple de test 4 Portion saillante haute 21,9 37,3
Exemple de test 5 Portion saillante basse 5,0 16,9
Exemple de test 6 Portion saillante basse 4,5 18,8
Exemple de test 7 Portion saillante basse 2,9 20,6
Exemple de test 8 Portion saillante basse 4,0 18,0
Il a été confirmé que dans la zone à portion saillante haute 3a, étant donné que les portions saillantes étaient relativement hautes, l'adhérence et la conductivité thermique étaient améliorées. Il a été confirmé que dans la zone à portion saillante basse 3b, étant donné que les portions saillantes sont relativement basses, la conductivité thermique était faible. Comme décrit ci-dessus, la formation des zones à portion saillante haute 3a comme indiqué dans les exemples de test 1 à 4 et des zones à portion saillante basse 3b comme indiqué dans les exemples de tests 5 à 8 dans un élément d'insertion 11 unique (élément 10 destiné à être inséré), fournit un élément d’insertion comportant des zones présentant des niveaux très différents d'adhérence et de conductivité thermique.
Il doit être évident pour les personnes versées dans l’art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques que ceux décrits sans l’éloigner du domaine d’application de l’invention comme revendiqué.

Claims (6)

  1. Revendications
    1 Élément d'insertion (11) comprenant, sur une surface (11s) à iaqueile le métal coulé doit être lié par coulée composite :
    une portion saillante (3) à structure en maille(s) ; et
    5 une surface plate (F) ;
    caractérisé en ce que :
    - la portion saillante (3) à structure en maille(s) comprend des portions linéaires (1a, 1b, 1c,
    1d, 1e) et une portion de jonction (2a, 2b, 2c, 2d) dans laquelle au moins deux des portions linéaires fusionnent,
    10 - la portion saillante (3) comprend une portion de paroi verticale s'étendant depuis la surface plate (F), et
    - l’élément d'insertion (11) comprend une zone à portion saillante haute (3a) dans laquelle la hauteur (ha) de la portion saillante des portions linéaires (1a, 1b, 1c, 1 d, 1e) par rapport à la surface plate (F) est grande et une zone à portion saillante basse (3b) dans laquelle, par
    15 comparaison avec la zone à portion saillante haute (3a), la hauteur (hb) de la portion saillante des portions linéaires (1a, 1b, 1c, 1d, 1e) par rapport à la surface plate (F) est basse.
  2. 2 Élément d'insertion selon la revendication 1, dans lequel l’élément d'insertion (11) présente une forme cylindrique, et
    20 l'élément d'insertion (11) comprend la zone à portion saillante haute (3a) et la zone à portion saillante basse (3b) disposées dans une direction axiale ou circonférentielle de cette forme cylindrique.
  3. 3 Élément d'insertion selon la revendication 1 ou 2, dans lequel
    25 l'élément d'insertion (11) est un manchon de cylindre à insérer dans un bloc-cylindres (10) de moteur par coulée composite, et l'élément d'insertion (11) comprend la zone à portion saillante haute (3a) du côté de la surface du pont (13) et la zone à portion saillante basse (3b) sur le côté du carter moteur (14).
  4. 4 Élément d'insertion selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la différence entre la hauteur de la portion saillante (ha) dans la zone à portion saillante haute (3a) et la hauteur de la portion saillante (hb) dans la zone à portion saillante basse (3b) est égale ou supérieur à 0,1 mm.
  5. 5 Procédé de fabrication d'un élément d’insertion (11 ; 48), comprenant les étapes consistant à :
    appliquer un agent de revêtement de moule (32) sur une surface d'un moule (31), sur laquelle du métal fondu (43) doit être versé ;
    15 former une couche de revêtement de moule (32s) en une forme présentant des fissures (35i) sur une surface de la couche de revêtement de moule (32s) en séchant l'agent de revêtement de moule (32) appliqué ; et effectuer une coulée en versant le métal fondu (43) sur la couche de revêtement de moule (32s) tout en faisant tourner le moule (31),
    20 la surface (31s) du moule, sur laquelle le métal fondu (43) doit être versé, présentant des zones (Da, Db) comportant au moins deux hauteurs différentes, de sorte que la couche de revêtement de moule (32s) présente une zone épaisse (Ea) dans laquelle la couche de revêtement de moule (32s) est épaisse et une zone mince (Eb) dans laquelle, par comparaison avec la zone épaisse (Ea), la couche de revêtement de moule (32s) est mince,
    25 sachant que les fissures (35ma ; 35fa) dans la zone épaisse (Ea) sont larges et profondes par comparaison aux fissures (35mb ; 35fb) dans la zone mince (Eb) qui sont étroites et peu profondes.
  6. 6 Procédé de fabrication d'un élément d'insertion selon la revendication 5, dans lequel
    5 les fissures larges et profondes (35ma) formées dans la zone épaisse (Ea) de la couche de revêtement de moule (32s) sont contrôlées de sorte à avoir une profondeur inférieure à l'épaisseur de la couche de revêtement de moule (32s) dans la zone mince (Eb).
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