FR2654660A1 - LIQUID FORGING PROCESS. - Google Patents
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Abstract
Procédé de forgeage liquide, selon lequel on introduit du métal liquide dans un moule, par exemple une cavité d'un matrice (5) et on comprime le métal liquide en exerçant sur lui une pression, par exemple à l'aide d'un poinçon (1) lié au coulisseau (2) d'une presse, et simultanément on exerce sur lui une contre-pression un peu plus faible, par exemple au moyen d'un manchon (4) coulissant autour du poinçon (1). Sous l'effet de la différence entre pression et contre-pression, le métal se déplace en direction de la zone où est appliquée la contre-pression, d'une quantité qui dépend de l'excès de métal qui peut se trouver dans le moule.Liquid forging process, according to which liquid metal is introduced into a mold, for example a cavity of a die (5) and the liquid metal is compressed by exerting pressure on it, for example using a punch (1) linked to the slide (2) of a press, and simultaneously a slightly lower back pressure is exerted on it, for example by means of a sleeve (4) sliding around the punch (1). Under the effect of the difference between pressure and back pressure, the metal moves in the direction of the area where the back pressure is applied, by an amount which depends on the excess metal that may be in the mold .
Description
La présente invention est du domaine de la fonderie. The present invention is in the foundry field.
Elle vise plus particulièrement un procédé de forgeage liquide ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.It relates more particularly to a liquid forging process as well as a device for the implementation of this process.
Ces dernières années est apparu un nouveau procédé de forgeage liquide (squeeze casting), ce procédé consistant à introduire du métal liquide dans un moule métallique, après quoi on exerce sur ce métal une pression élevée, par exemple de plusieurs centaines de bars, jusqu a ce que la pièce soit totalement solidifiée. Un avantage technique attendu du procédé est la possibilité de réaliser des pièces moulées quasiment exemptes de vides ou porosités, pouvant être traitées thermiquement et présentant des caractéristiques mécaniques supérieures aux pièces fabriquées en mettant en oeuvre les procédés déjà connus en fonderie classique. Ce procédé existe en deux variantes, à savoir le forgeage liquide direct et le forgeage liquide indirect.Dans le forgeage liquide direct, le remplissage de l'empreinte par le métal liquide se fait au moyen d'une louche, le piston étant en position haute. Après le remplissage, le piston vient en contact avec le métal et exerce la pression souhaitée jusqu'à la solidification totale de la pièce, cette technique présente l'avantage de supprimer le masselottage. In recent years, a new squeeze casting process has appeared, this process consisting in introducing liquid metal into a metal mold, after which a high pressure is exerted on this metal, for example several hundred bars, up to that the part is completely solidified. An expected technical advantage of the process is the possibility of producing molded parts almost free of voids or porosities, which can be heat treated and having mechanical characteristics superior to the parts produced by implementing the processes already known in conventional foundry. This process exists in two variants, namely direct liquid forging and indirect liquid forging. In direct liquid forging, the impression is filled with liquid metal by means of a ladle, the piston being in the high position. . After filling, the piston comes into contact with the metal and exerts the desired pressure until the total solidification of the part, this technique has the advantage of eliminating the weight.
Cependant, on ne peut en principe réaliser qu'unie seule pièce par cycle de coulée. Dans le forgeage liquide indirect, le métal est introduit dans l'empreinte au moyen de canules d'alimentation. La pression du piston n'est plus appliquée, comme dans un procédé de forgeage liquide direct, sur une partie moulante de la pièce, mais sur un appendice qui absorbera les écarts de dosage de métal d'un cycle de coulée à l'autre. I1 est ainsi possible de réaliser à chaque coulée un certain nombre de pièces disposées en grappe, ce qui conduit à un gain de productivité.However, in principle, only one piece can be made per casting cycle. In indirect liquid forging, the metal is introduced into the cavity by means of feeding cannulas. The pressure of the piston is no longer applied, as in a direct liquid forging process, on a molding part of the part, but on an appendix which will absorb the differences in metering of metal from one casting cycle to another. It is thus possible to produce a certain number of parts arranged in a cluster at each casting, which leads to a gain in productivity.
Toutefois, les techniques de l'art antérieur exposées ci-dessus, concernant le forgeage liquide, présentent un certain nombre d'inconvénients. C'est ainsi que dans le forgeage liquide direct, tel qu'exposé cidessus, le dosage du métal pendant le remplissage de l'empreinte, nécessite une certaine précision. En outre, ces techniques n'assurent pas une précision dimensionnelle de la pièce suffisante dans la direction de déplacement du poinçon ou piston. En ce qui concerne le forgeage liquide indirect, l'élimination des masselottes nécessite une reprise des pièces donc une perte de temps qui joue inévitablement sur le prix de revient. D'autre part, il se produit un manque d'homogénéité de la structure des pièces ainsi traitées, du fait de l'éloignement de la pression par rapport à la zone refroidie. However, the techniques of the prior art set out above, concerning liquid forging, have a certain number of drawbacks. Thus in direct liquid forging, as explained above, the metering of the metal during filling of the cavity requires a certain precision. In addition, these techniques do not provide sufficient dimensional accuracy of the part in the direction of movement of the punch or piston. With regard to indirect liquid forging, the elimination of the weights requires a recovery of the parts therefore a waste of time which inevitably affects the cost price. On the other hand, there is a lack of homogeneity in the structure of the parts thus treated, due to the distance of the pressure relative to the cooled zone.
Un objet de la présente invention est de réaliser un procédé de forgeage liquide obviant aux inconvénients exposés ci-dessus des techniques de l'art antérieur. An object of the present invention is to provide a liquid forging process which overcomes the drawbacks exposed above of the techniques of the prior art.
Un autre objet de l'invention est de réaliser un dispositif permettant de mettre en oeuvre un tel procédé de forgeage. Another object of the invention is to provide a device for implementing such a forging process.
La présente invention a donc pour objet un procédé d'obtention de pièces à partir de métal liquide, ce procédé comprenant les étapes de : introduire du métal liquide dans un moule, soumettre le métal contenu dans le moule à une pression élevée pendant que ledit métal se refroidit jusqu'à solidification complète, cette pression agissant sur au moins une surface du métal qui est située dans le moule ou dans un conduit en communication avec le moule, et enlever la pièce solidifiée du moule,
caractérisé en ce que, en même temps qu'on exerce ladite pression sur ladite surface, on exerce, sur au moins une autre surface du métal, une contre-pression inférieure à ladite pression, si bien que du métal se déplace en direction de ladite autre surface.The present invention therefore relates to a process for obtaining parts from liquid metal, this process comprising the steps of: introducing liquid metal into a mold, subjecting the metal contained in the mold to a high pressure while said metal cools down to complete solidification, this pressure acting on at least one surface of the metal which is located in the mold or in a conduit in communication with the mold, and removing the solidified part from the mold,
characterized in that, at the same time that said pressure is exerted on said surface, there is exerted, on at least one other surface of the metal, a back pressure less than said pressure, so that metal moves in the direction of said other surface.
La présente invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de forgeage liquide exposé ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend une matrice et au moins deux poinçons dont un premier exerce la pression, et un deuxième exerce la contrepression, la course, la pression et le cycle des premier et deuxième poinçons qui sont réglés indépendamment l'un de l'autre. The present invention also relates to a device for implementing the liquid forging process described above, characterized in that it comprises a die and at least two punches of which a first exerts pressure, and a second exerts the counterpressure, stroke, pressure and cycle of the first and second punches which are set independently of each other.
On peut prévoir à cet effet un dispositif de pilotage permettant de contrôler et de faire varier à volonté les paramètres ci-dessus de course, de pression et de longueur de cycle. A piloting device can be provided for this purpose, making it possible to control and vary at will the above parameters of stroke, pressure and cycle length.
On peut obtenir ainsi des pièces d'épaisseur et de poids constants, par exemple en alliage d'aluminium ou de magnésium, avec des cotes d'épaisseur constante, en s'affranchissant de la précision de dosage du métal liquide nécessaire dans la technique antérieure. It is thus possible to obtain parts of constant thickness and weight, for example of aluminum or magnesium alloy, with dimensions of constant thickness, by dispensing with the metering precision of the liquid metal necessary in the prior art .
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la lecture de la description suivante de deux modes de réalisation du procédé de forgeage liquide de l'invention, en référence au dessin annexé, dans lequel
Figures 1A et 1B sont des vues schématiques en demi-coupe longitudinale axiale d'un outillage pour la réalisation de pistons en alliage léger, respectivement en phase de remplissage de l'empreinte et en phase de compression.Other characteristics and advantages of the present invention will emerge from reading the following description of two embodiments of the liquid forging method of the invention, with reference to the attached drawing, in which
Figures 1A and 1B are schematic views in axial longitudinal half-section of a tool for producing pistons in light alloy, respectively in the filling phase of the cavity and in the compression phase.
Figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale axiale d'un dispositif pour la réalisation de bielles en alliage léger. Figure 2 is a schematic view in axial longitudinal section of a device for the production of light alloy rods.
La figure 1A représente la phase de remplissage de l'empreinte, tandis que la figure 1B représente la phase de compression de la pièce, qui correspond à la mise à épaisseur de cette dernière. Dans ces deux phases, un poinçon supérieur 1, maintenu solidaire du coulisseau 2 d'une presse mue par vérin hydraulique, par une plaque porte-poinçon 3, ainsi qu'un fourreau 4 enveloppant le poinçon, se déplacent selon un mouvement descendant dans la matrice 5 de l'outillage. FIG. 1A represents the phase of filling the imprint, while FIG. 1B represents the phase of compression of the part, which corresponds to the setting of thickness of the latter. In these two phases, an upper punch 1, held integral with the slide 2 of a press driven by hydraulic cylinder, by a punch holder plate 3, as well as a sheath 4 enveloping the punch, move in a downward movement in the tool matrix 5.
La cavité de moulage est définie par les surfaces inférieures du poinçon 1 du fourreau 4, la surface latérale de la cavité de la matrice 5 et la surface supérieure de l'éjecteur 6 mobile de bas en haut dans ladite cavité. The molding cavity is defined by the lower surfaces of the punch 1 of the sleeve 4, the lateral surface of the cavity of the die 5 and the upper surface of the ejector 6 movable from bottom to top in said cavity.
Un vérin hydraulique 7 est prévu pour exercer sur le fourreau 4 une force destinée à constituer la contrepression. A hydraulic cylinder 7 is provided to exert on the sleeve 4 a force intended to constitute the back pressure.
La course du poinçon 1 est limitée par des butées fixes 8, qui définissent l'épaisseur finale désirée e de la pièce à obtenir. The stroke of the punch 1 is limited by fixed stops 8, which define the desired final thickness e of the part to be obtained.
La figure 1A montre la situation à la fin du remplissage de l'empreinte, c'est-à-dire de la cavité de moulage. Cette opération se fait sous pression relativement faible, et la figure montre que le manchon 4 est en position basse. FIG. 1A shows the situation at the end of filling the impression, that is to say of the molding cavity. This operation is done under relatively low pressure, and the figure shows that the sleeve 4 is in the low position.
On applique alors la force de la presse au poinçon 1, et la force du vérin 7 au manchon 4, ces forces correspondant respectivement à une pression P et à une contre-pression P' un peu plus faible. The force of the press is then applied to the punch 1, and the force of the jack 7 to the sleeve 4, these forces respectively corresponding to a pressure P and to a slightly lower back pressure P '.
Sous l'effet de ces forces, le poinçon 1 descend jusqu a ce que le coulisseau de presse 2 soit arrêté par les butées 8, ce qui correspond à l'épaisseur e désirée pour la pièce 9. Under the effect of these forces, the punch 1 descends until the press slide 2 is stopped by the stops 8, which corresponds to the thickness e desired for the part 9.
Sous l'effet de la différence entre la pression P et la contre-pression P', le manchon 4 remonte d'une hauteur h qui correspond au volume de métal en excès, et il se forme ainsi un bourrelet périphérique 10 sur la pièce. Ce bourrelet sera retiré lors de l'usinage ultérieur. Under the effect of the difference between the pressure P and the back pressure P ', the sleeve 4 rises by a height h which corresponds to the volume of excess metal, and a peripheral bead 10 is thus formed on the part. This bead will be removed during subsequent machining.
L'exemple de la figure 2 est relatif à la fabrication de bielles. The example of Figure 2 relates to the manufacture of connecting rods.
Un poinçon principal 11 est relié de façon rigide à un étrier de transmission de force 12, sur lequel vient s'appuyer un coulisseau de presse 13. Deux chemises 14, 15 emmanchées dans le poinçon principal servent de guides à deux poinçons auxiliaires 16, 17 dont la surface latérale est destinée à définir les alésages de tête et pied de bielle. Les poinçons auxiliaires sont en appui, par leur face supérieure, contre une pièce 18 de transmission de force, qui coulisse à l'intérieur de l'étrier de transmission de force 12, et qui est actionnée par un vérin de contre-pression 19. A main punch 11 is rigidly connected to a force transmission bracket 12, on which a press slide 13 rests. Two jackets 14, 15 fitted into the main punch serve as guides for two auxiliary punches 16, 17 the lateral surface of which is intended to define the head and connecting rod bores. The auxiliary punches are in abutment, by their upper face, against a force transmission part 18, which slides inside the force transmission stirrup 12, and which is actuated by a back-pressure cylinder 19.
Le poinçon 11 est mobile à l'intérieur de la cavité d'une matrice 20 portée par le plateau de presse 21, cette cavité étant fermée vers le bas par l'éjecteur 22 et comportant deux contre-poinçons 23, 24 destinés à former avec les poinçons auxiliaires 16, 17 les alésages des tête et pied de bielle. The punch 11 is movable inside the cavity of a die 20 carried by the press plate 21, this cavity being closed downwards by the ejector 22 and comprising two counter-punches 23, 24 intended to form with the auxiliary punches 16, 17 the bores of the head and the rod end.
Le principe des opérations est le même que dans le cas des figures 1A et lB. Les poinçons auxiliaires 16, 17 se soulèvent sous l'effet de la différence entre la pression et la contre-pression, laissant entre eux et les contre-poinçons 23, 24 un intervalle A qui dépend de la quantité de métal en excès, et forme, sur la pièce moulée, un voile ou une bavure dans les alésages de tête et pied de bielle. Ce voile ou bavure sera enlevé lors de l'usinage. The principle of the operations is the same as in the case of FIGS. 1A and 1B. The auxiliary punches 16, 17 are raised under the effect of the difference between the pressure and the back pressure, leaving between them and the counter-punches 23, 24 an interval A which depends on the amount of excess metal, and forms , on the molded part, a veil or a burr in the head and connecting rod bores. This veil or burr will be removed during machining.
Les valeurs des pressions P et P' doivent être fixées en fonction des divers paramètres opératoires, à partir des procédés connus, et leur détermination est à la portée de l'homme de métier, par essais successifs. Les pressions P et P' peuvent, bien entendu, varier dans le temps, à condition que la pression P soit supérieure à la pression P' au moins tant que le métal n'est pas solidifié The values of the pressures P and P 'must be fixed as a function of the various operating parameters, from known methods, and their determination is within the reach of the skilled person, by successive tests. The pressures P and P 'can, of course, vary over time, provided that the pressure P is greater than the pressure P' at least as long as the metal is not solidified
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