WO2020169890A1 - Procede de retrait d'une masselotte d'une piece moulee par refroidissement local - Google Patents

Procede de retrait d'une masselotte d'une piece moulee par refroidissement local Download PDF

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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D31/00—Cutting-off surplus material, e.g. gates; Cleaning and working on castings
    • B22D31/002—Cleaning, working on castings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D15/00—Casting using a mould or core of which a part significant to the process is of high thermal conductivity, e.g. chill casting; Moulds or accessories specially adapted therefor
    • B22D15/02—Casting using a mould or core of which a part significant to the process is of high thermal conductivity, e.g. chill casting; Moulds or accessories specially adapted therefor of cylinders, pistons, bearing shells or like thin-walled objects

Definitions

  • the present invention relates to a method of removing a weight from a molded part by local cooling.
  • the invention finds a particularly advantageous, but not exclusive, application with heat engine parts, such as cylinder heads obtained by a hot molding process, in particular a gravity casting molding process.
  • the gravity casting molding process is based on the use of a mold called a shell containing cores based on sand with a resin additive. These cores are used in particular to produce the complex internal shapes of a motor vehicle cylinder head.
  • a cup is provided through which the molten metal is conveyed to a casting system having a plurality of channels opening out to different portions of the cylinder head to be produced as well as a plurality of molding appendages called "weights".
  • the casting system On the finished part, the casting system is located on one side of the cylinder head while the weights protrude from an opposite side.
  • the geometry of the casting system and of the weights is determined according to the particular shape of the cylinder head to be produced.
  • the room is cooled, in particular forcedly by forced air for a period of three to four hours, in order to lower the temperature of the room to around one hundred degrees. It then becomes possible to remove the casting system by breaking.
  • the cutting of the weights is generally carried out by means of a saw or chainsaw type cutting tool.
  • the material of the part is still soft and therefore tends to stick to the tool, which does not make it possible to obtain a clean cut. It is therefore currently necessary to wait several hours before the part reaches a temperature compatible with the cutting of the material.
  • Such a constraint does not allow the parts to be produced in just-in-time flow, since the parts are immobilized for a long time in storage spaces before they can be cut.
  • said method comprises a step of locally cooling a portion of the part located in front of the cutting tool, so that said portion of the cooled part located in front of the cutting tool has a compatible temperature for its cutting by the cutting tool.
  • the invention thus makes it possible, by allowing the cutting of the part to be carried out hot, to eliminate the phase of storing the parts for their cooling and therefore to carry out the machining operations of the parts in a just-in-time flow. It should be noted that the local cooling does not aim to weaken the part to make it ductile, nor to protect the cutting tool from the high temperatures undergone during the machining phase, but only to reach the temperature as quickly as possible. material compatible with a chip removal cutting process.
  • the still hot room has an average temperature of between 200 ° C and 350 ° C.
  • the local cooling of the part is carried out by means of a cooling fluid sprayed onto the portion of the part to be cooled.
  • the cooling fluid is chosen so as to be in the gaseous state during or after cooling of the portion of the part to be cooled.
  • the cooling fluid is chosen from: liquid nitrogen, carbon dioxide, or high pressure compressed air.
  • the projection of the cooling fluid is carried out via one or more conduits formed in the cutting tool and / or by means of a nozzle fixed on the cutting tool projecting the cooling fluid onto the portion. of the room to be cooled.
  • the part is made from an aluminum alloy.
  • the foundry molding technique is a molding process by gravity or the like.
  • the molded part is a heat engine part, in particular a heat engine cylinder head.
  • the temperature compatible for cutting by the cutting tool is less than 60 degrees and is advantageously of the order of 40 degrees.
  • the subject of the invention is also a molded part obtained by implementing the method as defined above.
  • Figure 1 shows a perspective view of a raw cylinder head obtained after molding and comprising a casting system and weights to be removed by implementing the method according to the invention
  • FIG. 2 is a perspective view of a diagram of the various steps of the method according to the invention.
  • FIG. 3 is a perspective view of an example of a cutting tool that can be used for implementing the method according to the invention.
  • Figure 1 shows a part 10, in this case a motor vehicle cylinder head, obtained after a molding step 100 by gravity casting, a demolding step 101, and a grit removal step 102 aimed at removing the sand from the part 10 (see figure 2).
  • the cylinder head 10 is preferably made of an aluminum alloy.
  • the cylinder head 10 could be made of another metallic material, the choice of which depends on the envisaged application.
  • the raw cylinder head 10 has a casting system 1 1 located on one face 12, in this case the underside of the cylinder head 10.
  • This casting system 1 1 has a plurality of channels 13.
  • weights 15 s' extend projecting from an opposite face 16 of the cylinder head 10, in this case the upper face.
  • the geometry of the casting system 11 and the weights 15 is determined according to the particular shape of the cylinder head 10 to be produced.
  • the lines referenced LC1, LC2 represent the cutting lines which must be followed by a cutting tool 18 to respectively remove the weights 15 and the casting system 11 in order to keep the functional part of the cylinder head 10.
  • the filling of the mold with the molten metal is not carried out via the casting system 1 1 but directly via the weights 15 while part 10 is tilted during the mold filling phase.
  • the blank 10 then has no casting system 11 but only weights 15.
  • a cutting step 103 is carried out aimed at cutting the weights 15 by means of the cutting tool 18, such as a rotary saw shown in FIG. 3 or a milling cutter, or any other tool suitable for the application.
  • This cutting step 103 is carried out following the demolding step 101 and de-sanding 102 while the part 10 is still hot.
  • “still hot” is meant a part 10 having an average temperature of between 200 ° C and 350 ° C, and in particular of the order of 250 ° C. At the end of the molding, the average temperature of the part 10 is of the order of 500 ° C.
  • the part 10 will therefore be cooled by natural cooling or by forced cooling to reach the range between 200 ° C and 350 ° C.
  • the method comprises a step 104 of locally cooling a portion 19 of the part 10 located in front of the cutting tool 18 with respect to the direction of movement of said tool 18, so that the portion 19 of the cooled part 10 located in front of the cutting tool 18 has a temperature compatible with its cutting by the cutting tool 18, that is to say a temperature for which it is considered that the material of the portion 19 of the workpiece 10 is no longer soft enough to stick to the cutting tool. Under these conditions the cut will be clean.
  • the temperature of the portion 19 compatible with its cutting is less than 60 degrees and is advantageously of the order of 40 degrees. By "of the order of" is meant a variation of plus or minus 20% around this value.
  • the portion 19 of the cooled part 10 changes as the cutting tool 18 advances inside the material of the part 10.
  • This portion 19 of the part 10 to be cooled is located around the corresponding LC1 cut line of the flyweights 15.
  • the local cooling step 104 is carried out concomitantly with the cutting step 103.
  • the cutting of the casting system 1 1 can be carried out in a similar fashion along the cutting line LC2.
  • the local cooling of the part 10 is advantageously carried out by means of a cooling fluid 21 projected onto the portion 19 of the part 10 to be cooled, as illustrated in FIG. 3.
  • the cooling fluid 21 is chosen so to be in the gaseous state during or after the cooling of the portion 19 of the part 10 to be cooled. This avoids having to provide a system for discharging the cooling fluid 21 in the event that the latter is in the liquid state. In addition, this enables machining operations to be carried out directly without having to wipe the part 10 after cutting.
  • the local cooling of the cylinder head 10 can be carried out by cryogenics.
  • the cooling fluid 21 can be chosen from: liquid nitrogen, carbon dioxide, or high pressure compressed air.
  • the projection of the cooling fluid 21 can be carried out via one or more conduits 20 formed in the cutting tool 18 and / or by means of a nozzle fixed on the cutting tool 18. projecting the cooling fluid 21 onto the portion 19 of the part 10 to be cooled.
  • the method according to the invention could also be implemented with a molded part 10 other than a cylinder head 10 of a heat engine.
  • the method according to the invention may also be implemented with hot molding processes other than a gravity casting molding process.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

L'invention porte principalement sur un procédé de retrait d'au moins une masselotte (15) d'une pièce (10) moulée comportant: - une étape de moulage d'une pièce (10) par une technique de moulage de fonderie, ladite pièce (10) comportant au moins une masselotte (15), - une étape de démoulage de la pièce (10), et - une étape de découpe de la masselotte (15) au moyen d'un outil de coupe, et - alors que la pièce (10) est encore chaude suite à l'étape de démoulage, ledit procédé comporte une étape de refroidissement local d'une portion de la pièce (10) située devant l'outil de coupe, de sorte que ladite portion de la pièce (10) refroidie située devant l'outil de coupe présente une température compatible pour sa découpe par l'outil de coupe.

Description

DESCRIPTION
TITRE DE L'INVENTION : PROCEDE DE RETRAIT D'UNE MASSELOTTE
D'UNE PIECE MOULEE PAR REFROIDISSEMENT LOCAL
La présente invention porte sur un procédé de retrait d'une masselotte d'une pièce moulée par refroidissement local. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les pièces de moteurs thermiques, telles que les culasses obtenues par un procédé de moulage à chaud, en particulier un procédé de moulage par coulée gravité.
De façon connue en soi, le procédé de moulage par coulée gravité est basé sur l'utilisation d'un moule appelé coquille contenant des noyaux à base de sable additivé de résine. Ces noyaux sont notamment utilisés pour réaliser les formes complexes internes d'une culasse de véhicule automobile.
A cet effet, on prévoit un godet par lequel le métal en fusion est acheminé vers un système de coulée ayant une pluralité de canaux débouchant vers différentes portions de la culasse à réaliser ainsi qu'une pluralité d'appendices de moulage appelés "masselottes".
Sur la pièce finie, le système de coulée se situe sur une des faces de la culasse tandis que les masselottes s'étendent en saillie depuis une face opposée. La géométrie du système de coulée et des masselottes est déterminée en fonction de la forme particulière de la culasse à réaliser.
Une fois la pièce démoulée et l'opération de dessablage effectuée, il est nécessaire de retirer le système de coulée ainsi que les masselottes de la pièce brute. A cet effet, la pièce est refroidie, notamment de façon forcée par air pulsé pendant une durée de trois à quatre heures, afin de faire descendre la température de la pièce à une centaine de degrés. Il devient alors possible de retirer le système de coulée par cassage.
Toutefois, compte tenu de leur section importante, il n'est pas possible de retirer les masselottes en utilisant la même technique que celle mise en oeuvre pour retirer le système de coulée. En effet, la découpe des masselottes est généralement réalisée au moyen d'un outil de coupe de type scie ou tronçonneuse. Or, si l'opération de découpe des masselottes est effectuée à chaud, le matériau de la pièce est encore mou et a donc tendance à coller sur l'outil, ce qui ne permet pas d'obtenir une coupe nette. Il est donc actuellement nécessaire d'attendre plusieurs heures avant que la pièce atteigne une température compatible avec la coupe du matériau. Une telle contrainte ne permet pas de réaliser les pièces en flux tendu, dans la mesure où les pièces sont immobilisées longtemps dans des espaces de stockage avant de pouvoir être découpées
convenablement par l'outil de coupe.
L'invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant un procédé de retrait d'au moins une masselotte d'une pièce moulée comportant:
- une étape de moulage d'une pièce par une technique de moulage de fonderie, ladite pièce comportant au moins une masselotte,
- un étape de démoulage de la pièce, et
- une étape de découpe de la masselotte au moyen d'un outil de coupe, et
- alors que la pièce est encore chaude suite à l'étape de démoulage, ledit procédé comporte une étape de refroidissement local d'une portion de la pièce située devant l'outil de coupe, de sorte que ladite portion de la pièce refroidie située devant l'outil de coupe présente une température compatible pour sa découpe par l'outil de coupe.
L'invention permet ainsi, en autorisant la réalisation de la coupe de la pièce à chaud, de supprimer la phase de stockage des pièces pour leur refroidissement et donc d'effectuer les opérations d'usinage des pièces en flux tendu. Il est à noter que le refroidissement local ne vise pas à fragiliser la pièce pour la rendre ductile, ni à protéger l'outil de coupe des hautes températures subies lors de la phase d'usinage, mais uniquement à atteindre le plus rapidement possible la température du matériau compatible avec un procédé de découpe par enlèvement de copeaux.
Selon une mise en oeuvre, la pièce encore chaude présente une température moyenne comprise entre 200 °C et 350 °C.
Selon une mise en oeuvre, le refroidissement local de la pièce est effectué au moyen d'un fluide de refroidissement projeté sur la portion de la pièce à refroidir.
Selon une mise en oeuvre, le fluide de refroidissement est choisi de façon à être à l'état gazeux pendant ou à l'issue du refroidissement de la portion de la pièce à refroidir.
Selon une mise en oeuvre, le fluide de refroidissement est choisi parmi: l'azote liquide, le dioxyde de carbone, ou de l'air comprimé à haute pression. Selon une mise en œuvre, la projection du fluide de refroidissement est effectuée via un ou plusieurs conduits ménagés dans l'outil de coupe et/ou au moyen d'une buse fixée sur l'outil de coupe projetant le fluide de refroidissement sur la portion de la pièce à refroidir.
Selon une mise en œuvre, la pièce est réalisée dans un alliage d'aluminium.
Selon une mise en œuvre, la technique de moulage de fonderie est un procédé de moulage par coulée gravité ou autre.
Selon une mise en œuvre, la pièce moulée est une pièce de moteur thermique, notamment une culasse de moteur thermique.
Selon une mise en œuvre, la température compatible pour la découpe par l'outil de coupe est inférieure à 60 degrés et est avantageusement de l'ordre de 40 degrés.
L'invention a également pour objet une pièce moulée obtenue par la mise en œuvre du procédé tel que précédemment défini.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
[Fig. 1] La figure 1 montre une vue en perspective d'une culasse brute obtenue après moulage et comportant un système de coulée et des masselottes à retirer en mettant en œuvre le procédé selon l'invention;
[Fig. 2] La figure 2 est une vue en perspective d'un diagramme des différentes étapes du procédé selon l'invention;
[Fig. 3] La figure 3 est une vue en perspective d'un exemple d'outil de coupe pouvant être utilisé pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention.
Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre.
La figure 1 montre une pièce 10, en l'occurrence une culasse de véhicule automobile, obtenue après une étape de moulage 100 par coulée gravité, une étape de démoulage 101 , et une étape de dessablage 102 visant à retirer le sable de la pièce 10 (cf. figure 2). La culasse 10 est de préférence réalisée dans un alliage d'aluminium. En variante, la culasse 10 pourra être réalisée dans un autre matériau métallique dont le choix dépend de l'application envisagée. La culasse 10 brute présente un système de coulée 1 1 situé sur une face 12, en l'occurrence la face inférieure de la culasse 10. Ce système de coulée 1 1 présente une pluralité de canaux 13. En outre, des masselottes 15 s'étendent en saillie depuis une face 16 opposée de la culasse 10, en l'occurrence la face supérieure. La géométrie du système de coulée 1 1 et des masselottes 15 est déterminée en fonction de la forme particulière de la culasse 10 à réaliser. Les traits référencés LC1 , LC2 représentent les lignes de coupe qui devront être suivies par un outil de coupe 18 pour retirer respectivement les masselottes 15 et le système de coulée 1 1 afin de conserver la partie fonctionnelle de la culasse 10.
Il est à noter que dans le cas de la mise en œuvre d'un procédé de coulée basculée, le remplissage du moule par le métal en fusion n'est pas effectué via le système de coulée 1 1 mais directement via les masselottes 15 tandis que la pièce 10 est basculée au cours de la phase de remplissage du moule. La pièce 10 brute ne comporte alors pas de système de coulée 1 1 mais uniquement des masselottes 15.
Afin de retirer les masselottes 15 de la pièce brute 10, on effectue une étape de découpe 103 visant à découper les masselottes 15 au moyen de l'outil de coupe 18, tel qu'une scie rotative montrée sur la figure 3 ou une fraise, ou tout autre outil adapté à l'application. Cette étape de découpe 103 est effectuée suite à l'étape de démoulage 101 et de dessablage 102 alors que la pièce 10 est encore chaude. Par "encore chaude", on entend une pièce 10 présentant une température moyenne comprise entre 200 °C et 350 °C, et valant notamment de l'ordre de 250 °C. A l'issue du moulage, la tempéature moyenne de la pièce 10 est de l'ordre de 500 °C. La pièce 10 sera donc refroidie par refroidissement naturel ou par refroidissement forcé pour atteindre la plage comprise entre 200 °C et 350 °C.
Afin d'effectuer la découpe des masselottes 15, le procédé comporte une étape 104 de refroidissement local d'une portion 19 de la pièce 10 située devant l'outil de coupe 18 par rapport au sens de déplacement dudit outil 18, de sorte que la portion 19 de la pièce 10 refroidie située devant l'outil de coupe 18 présente une température compatible pour sa découpe par l'outil de coupe 18, c’est-à-dire une température pour laquelle on considère que le matériau de la portion 19 de la pièce 10 pièce n’est plus assez mou pour coller à l'outil de coupe. Dans ces conditions le coupe sera nette. La température de la portion 19 compatible avec sa découpe est inférieure à 60 degrés et est avantageusement de l'ordre de 40 degrés. Par "de l'ordre de", on entend une variation de plus ou moins 20% autour de cette valeur.
En conséquence, la portion 19 de la pièce 10 refroidie change au fur et à mesure de l'avancement de l'outil de coupe 18 à l'intérieur du matériau de la pièce 10. Cette portion 19 de la pièce 10 à refroidir se situe autour de la ligne de coupe LC1 correspondante des masselottes 15. L'étape de refroidissement local 104 est effectuée de façon concomitante avec l'étape de découpe 103.
La découpe du système de coulée 1 1 pourra être effectuée de façon analogue suivant la ligne de coupe LC2. Le refroidissement local de la pièce 10 est effectué avantageusement au moyen d'un fluide de refroidissement 21 projeté sur la portion 19 de la pièce 10 à refroidir, tel que cela est illustré sur la figure 3. Le fluide de refroidissement 21 est choisi de façon à être à l'état gazeux pendant ou à l'issue du refroidissement de la portion 19 de la pièce 10 à refroidir. On évite ainsi d'avoir à prévoir un système d'évacuation du fluide de refroidissement 21 dans le cas où ce dernier serait à l'état liquide. En outre, cela permet de pouvoir réaliser directement des opérations d'usinage sans avoir à essuyer la pièce 10 après la découpe.
Le refroidissement local de la culasse 10 pourra être effectué par cryogénie. Le fluide de refroidissement 21 pourra être choisi parmi: l'azote liquide, le dioxyde de carbone, ou de l'air comprimé à haute pression. Comme cela est visible sur la figure 3, la projection du fluide de refroidissement 21 pourra être effectuée via un ou plusieurs conduits 20 ménagés dans l'outil de coupe 18 et/ou au moyen d'une buse fixée sur l'outil de coupe 18 projetant le fluide de refroidissement 21 sur la portion 19 de la pièce 10 à refroidir.
Bien entendu, le procédé selon l'invention pourra également être mis en oeuvre avec une pièce 10 moulée autre qu'une culasse 10 de moteur thermique. Le procédé selon l'invention pourra également être mis en oeuvre avec des procédés de moulage à chaud autres qu'un procédé de moulage par coulée gravité.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de retrait d'au moins une masselotte (15) d'une pièce (10) moulée comportant:
- une étape (100) de moulage d'une pièce (10) par une technique de moulage de fonderie, ladite pièce (10) comportant au moins une masselotte (15), - un étape (101 ) de démoulage de la pièce (10), et
- une étape (103) de découpe de la masselotte (15) au moyen d'un outil de coupe (18), caractérisé en ce que, alors que la pièce (10) est encore chaude suite à l'étape de démoulage (101 ), ledit procédé comporte une étape (104) de refroidissement local d'une portion (19) de la pièce (10) située devant l'outil de coupe (18), de sorte que ladite portion (19) de la pièce (10) refroidie située devant l'outil de coupe (18) présente une température compatible pour sa découpe par l'outil de coupe (18).
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la pièce (10) encore chaude présente une température moyenne comprise entre 200 °C et 350 °C.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le refroidissement local de la pièce (10) est effectué au moyen d'un fluide de refroidissement (21 ) projeté sur la portion (19) de la pièce (10) à refroidir.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le fluide de refroidissement (21 ) est choisi de façon à être à l'état gazeux pendant ou à l'issue du refroidissement de la portion (19) de la pièce (10) à refroidir. 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le fluide de refroidissement
(21 ) est choisi parmi: l'azote liquide, le dioxyde de carbone, ou de l'air comprimé à haute pression.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la projection du fluide de refroidissement (21 ) est effectuée via un ou plusieurs conduits (20) ménagés dans l'outil de coupe (18) et/ou au moyen d'une buse fixée sur l'outil de coupe (18) projetant le fluide de refroidissement (21 ) sur la portion (19) de la pièce (10) à refroidir.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la pièce (10) est réalisée dans un alliage d'aluminium.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la technique de moulage de fonderie est un procédé de moulage par coulée gravité ou autre.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la pièce moulée (10) est une pièce de moteur thermique, notamment une culasse de moteur thermique. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la température compatible pour la découpe par l'outil de coupe (18) est inférieure à 60 degrés et est avantageusement de l'ordre de 40 degrés.
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