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WO2001049435A1 - Procede perfectionne pour fabriquer des pieces en alliage leger - Google Patents

Procede perfectionne pour fabriquer des pieces en alliage leger Download PDF

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WO2001049435A1
WO2001049435A1 PCT/FR2000/003703 FR0003703W WO0149435A1 WO 2001049435 A1 WO2001049435 A1 WO 2001049435A1 FR 0003703 W FR0003703 W FR 0003703W WO 0149435 A1 WO0149435 A1 WO 0149435A1
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WO
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preform
casting
temperature
graphite
forging
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Inventor
Emile Di Serio
Original Assignee
Saint Jean Industries
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    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon

Definitions

  • the invention relates to the technical sector of the manufacture of parts in light alloy, in particular aluminum, obtained in foundry, forging and similar processes.
  • EP 119.365 discloses a specific process called COBAPRESS which combines . foundry and forging techniques for aluminum or aluminum alloy parts.
  • this process consists in casting aluminum or aluminum alloy in a mold and after casting, in demolding the still hot part called a preform at a temperature of the order of 400 ° C.
  • COBAPRESS 2 therefore makes it possible to significantly reduce the production time and the manufacturing cost of the parts, while obtaining the same characteristics of the parts compared to the teaching of the COBAPRESS process described in patent EP 1 19,365.
  • the spraying of the graphite solution on the forging die is an operation which, depending on the complexity of the shapes of the raw final part, is relatively long and costly, which does not systematically make it possible to have spraying homogeneity. in the parts of difficult access of the room, and finally which is very messy for the work station.
  • US Pat. No. 4,683,742 which provides for the preheating of the billets before applying to them a coating of graphite type, then the billets being then forged after passing through a drying installation.
  • the aim sought after according to the invention was therefore to ensure optimization of the initial COBAPRESS process of cast-forged light alloy.
  • a first step was to focus on improving the conditions for depositing graphite in the forging matrix by spraying the graphite solution on the forging matrix, with better control of the distribution using robots.
  • this solution is not very satisfactory, because it still requires human intervention, and the costs and environmental problems are still there.
  • the process for manufacturing the light alloy parts is of the type implementing the following phases: - casting of the preform at a temperature of the order of 250 ° to
  • the improved process for manufacturing light alloy parts is of the type implementing the following phases: - casting of preform at a temperature of the order of 250 ° to 500 ° C;
  • FIG. 1 represents the diagram of implementation of the method according to the invention.
  • the process for manufacturing light alloy parts according to the invention requires an installation with five successive specific zones covering the different stages of the process.
  • the first zone (Zl) corresponds to the casting of the light alloy in a mold (1) allowing a preform (2) to be obtained under the temperature conditions mentioned above.
  • the second zone (Z2) corresponds to the transfer of the heated preform (2) into a tank (3) for immersion and graphitation by coating the preform (2).
  • the bath is a solution of graphite and water.
  • a phase (Z3) of drying the preformed part outside the bath is provided.
  • the following zone (Z4) corresponds to the transfer of the dried graphite preform into the tunnel oven (4) for temperature homogenization.
  • the following zone (Z5) corresponds to the exit of the tunnel furnace of the preform to be then forged in a matrix (5) which is subject to less and faster lubrication limited to the bead bead according to the conditions mentioned above , then cooled to room temperature or accelerated or quenched.
  • the black color resulting from the graphite bath makes it possible to better store calories and therefore to improve the structural and mechanical characteristics of the part; -
  • a shade of color could meet a need for aesthetics and colors. Greater discretion for safety elements and more particularly suspension - chassis to avoid the shine effect under the body visible by the drivers next to the vehicle concerned.

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Abstract

Ce procédé de fabrication des pièces en alliage est remarquable en ce qu'après coulage de la préforme (2) et avant le transfert de la préforme dans une matrice de forge (5), ladite préforme, à température de fin de coulée est transférée et immergée totalement dans un bac (3) pour graphitage pour enduction, puis en sortie de bac, la température de la préforme permettant l'évaporation de l'eau de sorte que la préforme est recouverte d'une manière homogène de graphite.

Description

PROCEDE PERFECTIONNE POUR FABRIQUER DES PIECES EN
ALLIAGE LEGER
L'invention se rattache au secteur technique de la fabrication de pièces en alliage léger, notamment en aluminium, obtenues en fonderie, forgeage et procédés similaires.
On connaît, par le brevet EP 119.365, un procédé spécifique dénommé COBAPRESS qui combine . les techniques de fonderie et de forgeage de pièces en aluminium ou alliages d'aluminium.
On rappelle que ce procédé consiste à couler de l'aluminium ou alliage d'aluminium dans un moule et après la coulée, à démouler la pièce encore chaude dénommée préforme à une température de l'ordre de 400°C à
500°C, on la place entre deux matrices ou parties d'une matrice définissant une empreinte de dimensions légèrement inférieures à celles du moule, qui correspondent à celles de la. pièce finale, les deux coquilles ou parties étant fortement pressées l'une contre l'autre pour exercer sur la préforme coulée mise entre les parties de matrices un effet combiné de pressage à cœur et de corroyage superficiel.
On connaît par ailleurs, par le brevet FR 2.778.125, un procédé du type précité amélioré qui vise à profiter de l'opération de préchauffe pour réaliser en même temps l'opération de traitement thermique économisant ainsi sur l'opération de traitement thermique classique postérieure à l'opération de frappe. Entre la coulée de la préforme et le forgeage, on transfère ladite préforme coulée dans un four assurant la mise en solution de ladite préforme coulée à la température de mise en solution du matériau constitutif et placée ensuite entre les deux parties de la matrice de frappe pour l'opération de forgeage avec refroidissement ambiant, en accéléré ou trempé.
Ce procédé amélioré dénommé COBAPRESS 2 permet donc de réduire le temps de production et le coût de fabrication de manière significative des pièces, tout en obtenant les mêmes caractéristiques des pièces par rapport à l'enseignement du procédé COBAPRESS décrit dans le brevet EP 1 19.365.
La mise en œuvre du procédé précité dans les deux versions requiert de manière courante dans l'activité de forgeage de pulvériser sur la matrice de forge une solution eau plus graphite à l'état liquide, qui a pour but de faciliter le fluage de la matière ainsi forgée et le démoulage de la pièce finale.
En pratique, la pulvérisation de la solution graphite sur la matrice de forge est une opération qui, en fonction de la complexité des formes de la pièce finale brute, est relativement longue et coûteuse, qui ne permet pas systématiquement d'avoir une homogénéité de pulvérisation dans les parties d'accès difficile de la pièce, et enfin qui est très salissante pour le poste de travail.
On connaît par ailleurs le brevet US 4683742 qui prévoit le préchauffage des billettes avant de leur appliquer un revêtement de type graphite puis les billettes étant forgées ensuite après passage dans une installation de séchage. Le but recherché selon l'invention était donc d'assurer une optimisation du procédé COBAPRESS initial de coulé-forgé en alliage léger.
On connaît aussi par le brevet JP 6005433 le forgeage de billettes avec utilisation d'un revêtement graphite.
Face à l'ensemble de l'art antérieur précité, le demandeur a tenté d'optimiser le procédé du COBAPRESS tel que défini par les brevets antérieurs précités.
Une première démarche a été de s'orienter sur une amélioration des conditions de dépose du graphite dans la matrice de forgeage par pulvérisation de la solution de graphite sur la matrice de forge, avec un meilleur contrôle de la distribution à l'aide de robots. En pratique, cette solution est peu satisfaisante, car elle nécessite tout de même l'intervention de l'homme, et les coûts et problèmes environnementaux sont toujours là.
La démarche du demandeur s'est donc orientée de manière inattendue sur une autre possibilité qui s'intercale entre les deux phases principales de coulée et de forgeage, possibilité qui offre toutes les garanties dans une répartition homogène de la solution graphite sur la préforme, et qui au surplus apporte des caractéristiques particulières intéressantes, en améliorant la productivité du procédé.
Selon une première caractéristique, le procédé de fabrication des pièces en alliage léger est du type mettant en œuvre les phases suivantes : - coulage de la préforme à une température de l'ordre de 250° à
500°C, - transfert de la préforme chauffée dans une matrice définissant une empreinte de dimensions légèrement inférieures à celle du moule, les deux parties de la matrice étant pressées l'une contre l'autre pour exercer l'effort de forgeage, de matriçage de la pièce brute finale, - refroidissement de la pièce brute à la température ambiante, le procédé étant caractérisé en ce que après coulage de la préforme chauffée et avant le transfert de la préforme dans une matrice de forge, ladite préforme, à température de fin de coulée est transférée et immergée totalement dans un bac pour graphitage par enduction, pour autoriser le dépôt de la solution graphite sur la préforme, puis en sortie de bac, la température de la préforme permettant l'évaporation naturelle de l'eau de sorte que la préforme est recouverte d'une manière homogène de graphite.
Ainsi on a plus besoin de remettre la pièce en chauffe pour la tenue du produit de revêtement ni d'avoir un système pour faire évaporer l'eau, celle-ci étant naturelle.
Selon une autre caractéristique, le procédé, perfectionné de fabrication des pièces en alliage léger est du type mettant en œuvre les phases suivantes : - coulage de préforme à une température de l'ordre de 250° à 500°C ;
- transfert de la préforme coulée obtenue dans un four assurant la mise en solution de ladite préforme coulée à la température de mise en solution du matériau constitutif ;
- transfert de la préforme mise en solution en sortie du four dans une matrice définissant une empreinte de dimensions légèrement inférieures à celles du moule, les parties de la matrice étant pressées l'une contre l'autre pour exercer l'effort de forgeage, de matriçage de la pièce brute finale ; - refroidissement de la pièce brute obtenue à la température ambiante, en accéléré ou trempé, le procédé étant caractérisé en ce que, après coulage de la préforme chauffée et avant le transfert dans le four tunnel, ladite préforme, à température de fin de coulée, est transférée et immergée totalement dans un bac pour graphitage par enduction, pour autoriser le dépôt de la solution graphite sur la préforme, puis en sortie de bac, à ce stade, la température de la préforme et celle du procédé en amont permettant l'évaporation naturelle de l'eau, de sorte que la préforme est recouverte d'une manière homogène de graphite, ladite pré forme étant ensuite remise en température dans le four tunnel assurant l'homogénéisation en température de la préforme graphitée.
Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront bien de la suite de la description.
Pour fixer l'objet de l'invention illustré d'une manière non limitative aux figures du dessin où la figure 1 représente le schéma de mise en œuvre du procédé selon l'invention.
Le procédé de fabrication des pièces en alliage léger selon l'invention requiert une installation avec cinq zones spécifiques successives couvrant les différentes étapes du procédé.
La première zone (Zl) correspond à la coulée de l'alliage léger dans un moule (1) permettant l'obtention d'une pré forme (2) dans les conditions de température rappelées précédemment. La seconde zone (Z2) correspond au transfert de la préforme (2) chauffée dans un bac (3) pour immersion et graphitage par enduction de la préforme (2). Le bain est une solution de graphite et eau.
Adjacent au bac permettant le graphitage par enduction, ou dans son plan supérieur, est prévue une phase (Z3) de séchage de la pièce préformée hors du bain.
La zone (Z4) suivante correspond au transfert de la préforme graphitée séchée dans le four tunnel (4) pour homogénéisation en température. La zone (Z5) suivante correspond à la sortie du four tunnel de la pré forme pour être ensuite forgée dans une matrice (5) qui fait l'objet d'une lubrification moindre et plus rapide limitée au cordon de bavure selon les conditions évoquées précédemment, puis refroidie à température ambiante ou accélérée ou trempée.
Le procédé optimisé selon l'invention apparaît donner aux pièces ainsi traitées des avantages spécifiques.
Les avantages du procédé optimisé de l'invention sont nombreux .
On profite de la température de la préforme pour permettre au graphite d'accrocher sur la préforme puis à l'eau de s'évaporer avant les opérations suivantes - une qualité d'état de surface plus affiné de la pièce grâce à une homogénisation du dépôt de solution graphite qui a une influence sur les conditions d'essai de rupture ;
- une meilleure tenue en essai de fatigue ; - une longévité accrue de l'outillage de frappe
- une amélioration de l'environnement ;
- un gain de productivité ;
- une formation humaine moindre et moins complexe, ce qui est important en regard du recrutement de main d'œuvre qualifié, ce qui est toujours difficile ou une automatisation plus simple ;
- au moment de l' homogénisation en température dans le four tunnel pour homogénéisation en température, la couleur noire issue du bain graphité permet de mieux emmagasiner les calories et donc d'améliorer les caractéristiques de structure et mécaniques de la pièce ; - De plus, une nuance de couleur pourrait répondre à un besoin d'esthétique et de coloris. Une plus grande discrétion pour des éléments de sécurité et plus particulièrement de suspension - châssis pour éviter l'effet de brillance sous carrosserie visible par les conducteurs voisins au véhicule concerné.
Les avantages sont donc nombreux. Le procédé est optimisé selon l'invention et apporte des améliorations inattendues et récentes qui justifient son développement.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
-1- Procédé de fabrication des pièces en alliage léger du type mettant en œuvre les phases suivantes :
- coulage de la préforme à une température de l'ordre de 250° à 500°C ;
- transfert de la préforme dans une matrice définissant une empreinte de dimensions légèrement inférieures à celle du moule, les parties de la matrice de forge, étant pressées l'une contre l'autre pour exercer l'effort de forgeage, de matriçage de la pièce brute finale ;
- refroidissement de la pièce brute à la température ambiante, le procédé étant caractérisé en ce qu'après coulage de la préforme chauffée et avant le transfert de la préforme dans une matrice de forge, ladite préforme, à température de fin de coulée est transférée et immergée totalement dans un bac pour graphitage pour enduction, pour autoriser le dépôt de la solution graphite sur la préforme puis en sortie de bac, la température de la préforme permettant l'évaporation naturelle de l'eau de sorte que la préforme est recouverte d'une manière homogène de graphite.
-2- Procédé perfectionné de fabrication des pièces en alliage léger est du type mettant en œuvre les phases suivantes :
- coulage de préforme à une température de l'ordre de 250° à 500°C ;
- transfert de la préforme coulée obtenue dans un four assurant la mise en solution de ladite préforme coulée à la température de mise en solution du matériau constitutif ;
- transfert de la préforme mise en solution en sortie du four dans une matrice définissant une empreinte de dimensions légèrement inférieures à celles du moule, les deux parties de la matrice étant pressées l'une contre l'autre pour exercer l'effort de forgeage, de matriçage de la pièce brute finale;
- refroidissement de la pièce brute obtenue à la température ambiante, en accéléré ou trempé, le procédé étant caractérisé en ce que, après coulage de la préforme et avant le transfert dans le four, ladite préforme, à température en fin de coulée, est transférée et immergée totalement dans un bac pour graphitage par enduction, pour autoriser le dépôt de la solution graphite sur la préforme puis en sortie de bac, la température de la préforme et. celle du procédé en amont permettant l'évaporation naturelle de l'eau, elle est séchée, de sorte que la pré forme est recouverte d'une manière homogène de graphite, ladite préforme étant transférée dans le four assurant la mise en solution de la préforme graphitée.
-3- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on introduit dans le bac pour graphitage par enduction une nuance de couleur du bain.
-4- Installation pour la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend 5 zones successives à savoir :
- une première zone (Zl) correspondant à la coulée de l'alliage dans un moule (1) permettant l'obtention d'une pré forme (2) ;
- une seconde zone (Z2) correspondant au transfert de la préforme (2) dans un bac (3) par immersion et graphitage par enduction de la préforme (2) ;
- une étape (Z3) de séchage de la pièce préformée (2) hors du bain graphité se trouvant dans le bac (3) ; - une quatrième zone (Z4) de transfert de la préforme séchée dans un four tunnel (4) avec homogénisation en température ;
- une cinquième zone (Z5) correspondant à la sortie du four tunnel (4) de la préforme pour être forgée dans une matrice (5) puis refroidie à température ambiante ou accélérée ou trempée.
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