EP2197606B1 - Procede de fabrication de pieces forgees creuses - Google Patents
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- EP2197606B1 EP2197606B1 EP08840711A EP08840711A EP2197606B1 EP 2197606 B1 EP2197606 B1 EP 2197606B1 EP 08840711 A EP08840711 A EP 08840711A EP 08840711 A EP08840711 A EP 08840711A EP 2197606 B1 EP2197606 B1 EP 2197606B1
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- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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- B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
- B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
- B21J5/002—Hybrid process, e.g. forging following casting
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- B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
- B21J5/02—Die forging; Trimming by making use of special dies ; Punching during forging
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
- B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
- B22C9/106—Vented or reinforced cores
Definitions
- the present invention relates to the technical field of manufacturing metal parts subjected to a forging operation.
- the object of the invention finds particularly advantageous applications for producing metal parts such as aluminum alloy in order to produce parts for the field for example of the cycle or automobile such as connecting rods, suspension wishbones, pivots, transmission parts, engine mounts or any other ground connection parts.
- the document EP 0 850 825 proposes to make a core material lost to form the hollow part of a bicycle pedal crank.
- This core is extended by a support portion for positioning the support within a casting mold in which a metal is cast. Before a subsequent forging operation, the support portion of the core and the portion of the core defining the receiving bore are removed. Even if such a technique reduces the amount of material used, this technique is unsatisfactory in practice because it does not ensure the good stability of the core during the forging operation. In addition, this technique requires the removal of a portion of the core prior to the forging operation. In addition to the disadvantages of this operation, It can not be ruled out that core debris can be found on forging tools, which can cause surface defects on the part.
- the present invention therefore aims to overcome the disadvantages mentioned above by providing a method to benefit from the advantages of the forging process of a part while allowing to obtain a piece of optimized weight at a reduced cost.
- Another object of the invention is to provide a method for producing a hollow forged part whose dimensional characteristics are perfectly controlled.
- Another object of the invention is to provide a method for simply and inexpensively producing a hollow forging without surface defects likely to appear during the forging operation.
- the method according to the invention aims at producing a hollow forged part.
- the method consists in providing the core with at least one gas evacuation duct.
- the method consists in ensuring the positioning of the core in the mold by means of the gas evacuation duct.
- the method consists in sealing the blank by closing off each gas discharge duct.
- the method consists in closing off each gas discharge duct with the aid of a stiffening element filling said duct.
- the method consists in positioning the gas evacuation pipe in the core in a place intended to constitute a housing for the part.
- the method consists in positioning the gas evacuation pipe so that it extends projecting on either side of the core so as to constitute a housing through the room.
- the method consists of preheating the blank before it is forged.
- the object of the invention is to ensure the manufacture of a hollow forged part 1 .
- the piece 1 is a hoe comprising a body or arm 2 provided at each end of a head 3 of cylindrical shape.
- Each head 3 is provided with a through bore 4 opening on two opposite lateral faces 5.
- the bores 4 extend along axes parallel to each other and perpendicular to the direction of extension of the arm 2. that this is clear from the Fig. 1 , the body 2 is hollow insofar as it has a recess 7 opening into the bores 4 of the two heads 3.
- the piece 1 is obtained according to the manufacturing method according to the invention which aims to provide a molding operation on a core of lost material to obtain a blank then subjected to a forging operation.
- the method of the invention is to provide a core 10 in a lost material whose external shape corresponds to the inner shape of the workpiece 1 to obtain deformation near sustained during a subsequent operation of forging which will be described precisely in the following description.
- the core 10 is made according to all the known methods using lost materials.
- the core 10 is a salt core, a sand core made using a cold or hot box or "croning".
- the core consists of sand and resin.
- the core 10 is full.
- the core is adapted to have sufficient mechanical strength during the subsequent forging operation.
- the core 10 is adapted to withstand the stresses experienced during the forging operation.
- the core 10 is provided with at least one gas evacuation duct 11.
- the core 10 is provided with two gas evacuation conduits 11.
- Each gas evacuation duct is made for example by a tube 11 pierced with holes 12 and inserted at least partly inside the core.
- Each duct 11 protrudes from the core 10.
- These ducts 11 are intended to evacuate the gases out of the mold, during the molding operation. These gases can come from the combustion of the resins forming part of the core 10.
- the outer surface of the core 10 can be made impermeable, for example by coating to force the gases to exit through the conduits. 11.
- each gas evacuation duct 11 is positioned in the core 10 in a place intended to constitute the bore 4 for the part.
- each duct 11 is placed so that its axis of symmetry coincides with the axis of the bore 4 in which the duct is placed.
- each gas evacuation duct 11 ensures the positioning of the core 10 in the mold during the molding operation.
- each gas evacuation duct 11 protrudes on either side of the core, that is to say from the lateral faces 5.
- the method consists in providing a molding operation on the core 10 by means of a conventional casting process.
- This foundry operation will not be described in detail because it is part of the technical knowledge of the skilled person and it can be implemented by any known foundry technique.
- the core 10 and as it stands out more precisely from the Fig.4 is intended to be placed in a mold 15 of which only the lower part has been illustrated at the Fig. 4 .
- the gas discharge ducts 11 serve to position the core 10 inside the mold 15.
- the mold is of any type and may be a sand mold, a metal shell or any another molding method for producing a preform to be forged.
- the method therefore consists in ensuring the casting of a metal around the core 10 to completely envelop it in order to obtain a blank 18 as illustrated in FIG. Fig. 5 .
- the core 10 is completely wrapped except the exhaust ducts 11 when they are present.
- the method according to the invention aims to seal the blank 18 so that the core 10 is completely isolated vis-à-vis the external environment.
- the sealing of the blank 18 is ensured by sealing each gas evacuation duct 11 with a closure element 20 of all types ( Fig. 6 ) .
- This closure member 20 can be made in any suitable manner by a metal plug, resin, plastic or ceramic. In this way, the core 10 is not in contact with the air.
- the method consists in closing off each gas evacuation duct 11 with the aid of a stiffening element 20 filling the duct.
- this element 20 may be a rod or a metal shaft completely filling each gas discharge duct 11. This element makes it possible to stiffen and seal each gas evacuation duct 11.
- the method according to the invention is then to ensure the forging of the blank 18 to obtain the piece to the desired shape.
- This forging operation is performed either cold or hot.
- the blank 18 is preheated before being placed as illustrated in FIG. Fig. 7 , In a matrix 22 of a forging press.
- the blank 18 is thus positioned between the two dies of a forging press of all known types.
- the core 10 still present in the blank 18, makes it possible to ensure against-pressure avoiding a collapse of the part at the recess 7, during the striking operation.
- the core 10 thus ensures a level of compression adapted to obtain good mechanical strength characteristics. It should be noted that the presence of the metal pins 20 inside the core 10 also contributes to the strength of the core.
- the piece 1 is removed from the dies as illustrated in FIG. Fig. 8 . If the piece 1 has a burr 22 due to the forging operation, then this burr 22 is removed.
- the method according to the invention then consists in ensuring the breaking of the core 10 of the part 1 to obtain the hollow forging.
- This stripping operation may be performed by any appropriate means such as drilling, vibration and / or heat treatment to remove the entire core 10. For example, it may be envisaged to drill at the heads 3 in order to get bores 4 ( Fig. 9 ) and a heat treatment to remove the core located in the arm 2 to obtain the recess 7. After the total removal of the core 10, the hollow part 1 is obtained ( Fig. 1 ).
- the method according to the invention makes it possible to obtain a hollow forged part.
- the part 1 is a connecting rod. It is clear that the object of the invention can be implemented for different parts with various shapes with one or more opening recesses.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Forging (AREA)
- Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
- La présente invention concerne le domaine technique de la fabrication de pièces en métal soumis à une opération de forgeage.
- L'objet de l'invention trouve des applications particulièrement avantageuses pour réaliser des pièces en métal tels qu'en alliage d'aluminium en vue de réaliser des pièces pour le domaine par exemple du cycle ou de l'automobile tels que des bielles, des triangles de suspension, des pivots, des pièces de transmission, des supports moteurs ou toutes autres pièces de liaison au sol.
- Dans l'état de la technique, il est connu de réaliser une pièce par les techniques de forgeage. Ce procédé consiste à réaliser une ébauche en métal et à la placer après l'avoir éventuellement réchauffée, entre deux gravures d'une matrice. Ces deux gravures sont actionnées par une presse l'une contre l'autre pour exercer sur l'ébauche un travail de déformation tout en garantissant un bon état de surface. Un tel procédé permet d'obtenir des pièces avec une bonne résistance mécanique (statique et dynamique) et un respect des tolérances géométriques.
- Toutefois, cette technique conduit à l'obtention de pièces massives et relativement lourdes même si le matériau utilisé est un alliage léger. Dans le même sens, compte tenu du prix des matières premières et notamment du matériau constitutif de la pièce, il s'ensuit un coût de la pièce relativement élevé.
- Pour tenter de remédier à ces inconvénients, le document
EP 0 850 825 propose de réaliser un noyau en matériau perdu afin de constituer la partie creuse d'une manivelle de pédale de bicyclette. Ce noyau est prolongé par une partie de support servant à positionner le support à l'intérieur d'un moule de fonderie dans lequel un métal est coulé. Avant une opération ultérieure de forgeage, la partie de support du noyau ainsi que la partie du noyau délimitant l'alésage de réception sont enlevés. Même si une telle technique permet de réduire la quantité de matière utilisée, cette technique ne donne pas satisfaction en pratique car elle ne permet pas de garantir la bonne stabilité du noyau pendant l'opération de forgeage. De plus, cette technique nécessite l'enlèvement d'une partie du noyau avant l'opération de forgeage. Outre les inconvénients liés à cette opération, il n'est pas à exclure que des débris du noyau se retrouvent sur les outillages de forge, ce qui est à même de provoquer des défauts de surface sur la pièce. - La présente invention vise donc à remédier aux inconvénients énoncés ci-dessus en proposant un procédé permettant de bénéficier des avantages du procédé de forgeage d'une pièce tout en permettant d'obtenir une pièce de poids optimisé à un coût réduit.
- Un autre objet de l'invention vise à proposer un procédé permettant de réaliser une pièce forgée creuse dont les caractéristiques dimensionnelles sont parfaitement maîtrisées.
- Un autre objet de l'invention vise à offrir un procédé permettant de réaliser simplement et à faible coût une pièce forgée creuse sans défaut de surface susceptible d'apparaître lors de l'opération de forgeage.
- Pour atteindre un tel objectif, le procédé selon l'invention vise à réaliser une pièce forgée creuse.
- L'objet de l'invention vise donc à proposer un procédé de fabrication de pièces forgées creuses comportant les étapes suivantes :
- réalisation d'un noyau en matériau perdu dont la forme correspond à la forme intérieure de la pièce à obtenir, à la déformation près subie lors du forgeage,
- positionnement du noyau dans un moule de fonderie,
- moulage d'un métal autour du noyau pour envelopper complètement le noyau en vue d'obtenir une ébauche,
- étancher l'ébauche de sorte que le noyau se trouve complètement isolé vis-à-vis de l'extérieur,
- forgeage de l'ébauche afin d'obtenir la pièce à la forme souhaitée,
- et débourrage du noyau de la pièce pour obtenir la pièce forgée creuse.
- Selon une caractéristique avantageuse de réalisation, le procédé consiste à munir le noyau d'au moins un conduit d'évacuation de gaz.
- Avantageusement, le procédé consiste à assurer le positionnement du noyau dans le moule à l'aide du conduit d'évacuation de gaz.
- Selon un mode de réalisation, le procédé consiste à assurer l'étanchéité de l'ébauche en obturant chaque conduit d'évacuation de gaz.
- Selon une variante préférée de réalisation, le procédé consiste à obturer chaque conduit d'évacuation de gaz à l'aide d'un élément de rigidification remplissant ledit conduit.
- De préférence, le procédé consiste à positionner le conduit d'évacuation de gaz dans le noyau en un lieu destiné à constituer un logement pour la pièce.
- Selon un exemple de réalisation, le procédé consiste à positionner le conduit d'évacuation de gaz pour qu'il s'étende en saillie de part et d'autre du noyau de manière à constituer un logement traversant dans la pièce.
- Selon une variante de réalisation, le procédé consiste à assurer le préchauffage de l'ébauche avant son forgeage.
- Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention.
- La
Figure 1 est une vue en perspective en écorché présentant un exemple de réalisation d'une pièce obtenue par le procédé de fabrication conforme à l'invention. - La
Figure 2 illustre un noyau en partie écorché mis en oeuvre dans une étape du procédé selon l'invention. - La
Figure 3 est une vue en perspective écorchée montrant un noyau pourvu de conduits d'évacuation de gaz. - La
Figure 4 illustre la mise en place dans un moule, d'un noyau tel qu'illustré à laFig. 3 . - La
Figure 5 est une vue en perspective d'une ébauche obtenue après la coulée d'un matériau dans un moule illustré à laFig. 4 . - La
Figure 6 illustre une ébauche obtenue après l'opération de moulage et dont les conduits d'évacuation de gaz sont étanchés. - La
Figure 7 est une vue d'une matrice inférieure de forgeage dans laquelle est positionnée l'ébauche illustrée à laFig. 6 . - La
Figure 8 illustre une vue en perspective en partie écorchée de la pièce obtenue après l'opération de forgeage. - La
Figure 9 illustre une vue en perspective en partie arrachée de la pièce dont une partie du noyau a été percée. - L'objet de l'invention vise à assurer la fabrication d'une pièce 1 forgée creuse. Dans l'exemple de réalisation illustrée à la
Fig. 1 , la pièce 1 est une binette comportant un corps ou bras 2 muni à chaque extrémité d'une tête 3 de forme cylindrique. Chaque tête 3 est pourvue d'un alésage traversant 4 débouchant sur deux faces latérales opposées 5. Dans l'exemple illustré, les alésages 4 s'étendent selon des axes parallèles entre eux et perpendiculaires à la direction d'extension du bras 2. Tel que cela ressort clairement de laFig. 1 , le corps 2 est creux dans la mesure où il comporte un évidement 7 débouchant dans les alésages 4 des deux têtes 3. - La pièce 1 est obtenue selon le procédé de fabrication conforme à l'invention qui vise à assurer une opération de moulage sur un noyau en matériau perdu afin d'obtenir une ébauche soumise ensuite à une opération de forgeage.
- Tel que cela ressort plus précisément de la
Fig. 2 , le procédé selon l'invention consiste à réaliser un noyau 10 en un matériau perdu dont la forme externe correspond à la forme intérieure de la pièce 1 à obtenir, à la déformation près subie lors d'une opération ultérieure de forgeage qui sera décrite plus précisément dans la suite de la description. Le noyau 10 est réalisé selon tous les procédés connus mettant en oeuvre des matériaux perdus. Par exemple, le noyau 10 est un noyau en sel, un noyau en sable réalisé à l'aide d'une boîte froide ou chaude ou "croning". Dans l'exemple illustré, le noyau est constitué de sable et de résine. - Selon une caractéristique préférée de réalisation, le noyau 10 est plein. Bien entendu, il peut être envisagé de réaliser un noyau 10 à caractère creux. Dans ce cas, le noyau est adapté pour présenter une résistance mécanique suffisante lors de l'opération ultérieure de forgeage. En d'autres termes, le noyau 10 est adapté pour résister aux sollicitations subies lors de l'opération de forgeage.
- Selon une variante préférée de réalisation, le noyau 10 est pourvu d'au moins un conduit d'évacuation de gaz 11. Dans l'exemple illustré à la
Fig. 3 , le noyau 10 est pourvu de deux conduits d'évacuation de gaz 11. Chaque conduit d'évacuation de gaz est réalisé par exemple par un tube 11 percé de trous 12 et inséré au moins en partie à l'intérieur du noyau. Chaque conduit 11 s'étend en saillie à partir du noyau 10. Ces conduits 11 sont destinés à évacuer les gaz hors du moule, lors de l'opération de moulage. Ces gaz peuvent provenir de la combustion des résines faisant partie du noyau 10. Dans le même sens et selon une variante préférée de réalisation, la surface externe du noyau 10 peut être rendue imperméable par exemple par enduction pour forcer les gaz à sortir par les conduits 11. - Selon une caractéristique préférée de réalisation, chaque conduit d'évacuation de gaz 11 est positionné dans le noyau 10 en un lieu destiné à constituer l'alésage 4 pour la pièce. En d'autres termes, chaque conduit 11 est placé de sorte que son axe de symétrie se trouve confondu avec l'axe de l'alésage 4 dans lequel le conduit est placé.
- Selon une caractéristique préférée de réalisation, chaque conduit d'évacuation de gaz 11 assure le positionnement du noyau 10 dans le moule lors de l'opération de moulage. Dans l'exemple illustré, chaque conduit d'évacuation de gaz 11 s'étend en saillie de part et d'autre du noyau, c'est-à-dire à partir des faces latérales 5.
- Conformément à l'invention, le procédé consiste à assurer une opération de moulage sur le noyau 10 à l'aide d'un procédé de fonderie classique. Cette opération de fonderie ne sera pas décrite en détail car elle fait partie des connaissances techniques de l'homme du métier et elle peut être mise en oeuvre par n'importe quelle technique de fonderie connue.
- Ainsi, le noyau 10 et tel que cela ressort plus précisément de la
Fig.4 , est destiné à être placé dans un moule 15 dont uniquement la partie inférieure a été illustrée à laFig. 4 . Selon une caractéristique de la variante de réalisation illustrée, les conduits d'évacuation de gaz 11 servent au positionnement du noyau 10 à l'intérieur du moule 15. Le moule est de tout type et peut être un moule sable, une coquille métallique ou tout autre procédé de moulage permettant de réaliser une préforme destinée à être forgée. - Le procédé consiste donc à assurer la coulée d'un métal autour du noyau 10 pour l'envelopper complètement en vue d'obtenir une ébauche 18 telle qu'illustrée à la
Fig. 5 . Le noyau 10 est enveloppé complètement à l'exception des conduits d'évacuation 11 lorsque ces derniers sont présents. - Le procédé selon l'invention vise à étancher l'ébauche 18 de sorte que le noyau 10 se trouve complètement isolé vis-à-vis de l'environnement extérieur. Dans l'exemple de réalisation illustré, l'étanchéité de l'ébauche 18 est assurée en obturant chaque conduit d'évacuation de gaz 11 par un élément d'obturation 20 de tous types (
Fig. 6 ). Cet élément d'obturation 20 peut être réalisé de toute manière appropriée par un bouchon métallique, en résine, plastique ou céramique. De cette manière, le noyau 10 ne se trouve pas en contact avec l'air. - Selon une caractéristique préférée de réalisation, le procédé consiste à obturer chaque conduit d'évacuation de gaz 11 à l'aide d'un élément de rigidification 20 remplissant le conduit. Par exemple, cet élément 20 peut être une tige ou un axe métallique remplissant complètement chaque conduit d'évacuation de gaz 11. Cet élément permet de rigidifier et d'étancher chaque conduit d'évacuation de gaz 11.
- Le procédé selon l'invention consiste ensuite à assurer le forgeage de l'ébauche 18 afin d'obtenir la pièce à la forme souhaitée.
- Cette opération de forgeage est réalisée soit à froid, soit à chaud. Dans le cas du forgeage à chaud, l'ébauche 18 est préchauffée avant d'être placée comme illustrée à la
Fig. 7 , dans une matrice 22 d'une presse de forgeage. L'ébauche 18 se trouve ainsi positionnée entre les deux matrices d'une presse de forge de tous types connus. Lors de cette opération de forgeage, le noyau 10 toujours présent dans l'ébauche 18, permet d'assurer une contre-pression évitant un effondrement de la pièce au niveau de l'évidement 7, lors de l'opération de frappe. Le noyau 10 permet ainsi de garantir un niveau de compression adapté pour obtenir de bonnes caractéristiques de résistance mécanique. Il est à noter que la présence des axes métalliques 20 à l'intérieur du noyau 10 contribue aussi à la résistance mécanique du noyau. - Après l'opération de forgeage, la pièce 1 est enlevée des matrices comme illustrée à la
Fig. 8 . Si la pièce 1 présente une bavure 22 due à l'opération de forgeage, alors cette bavure 22 est enlevée. - Le procédé selon l'invention consiste ensuite à assurer le débourrage du noyau 10 de la pièce 1 pour obtenir la pièce forgée creuse. Cette opération de débourrage peut être réalisée par tout moyen approprié tel que perçage, vibrations et/ou traitement thermique permettant d'enlever la totalité du noyau 10. Par exemple, il peut être envisagé de réaliser un perçage au niveau des têtes 3 afin d'obtenir des alésages 4 (
Fig. 9 ) et un traitement thermique pour retirer le noyau situé dans le bras 2 pour obtenir l'évidement 7. Après l'enlèvement total du noyau 10, la pièce creuse 1 est obtenue (Fig. 1 ). - Tel que cela ressort de la description qui précède, le procédé selon l'invention permet d'obtenir une pièce forgée creuse. Dans l'exemple illustré, la pièce 1 est une bielle. Il est clair que l'objet de l'invention peut être mis en oeuvre pour différentes pièces avec des formes variées avec un ou plusieurs évidements débouchants.
Claims (8)
- Procédé de fabrication de pièces forgées creuses (1), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :- réalisation d'un noyau (10) en matériau perdu dont la forme correspond à la forme intérieure de la pièce à obtenir, à la déformation près subie lors du forgeage,- positionnement du noyau (10) dans un moule de fonderie,- moulage d'un métal autour du noyau (10) pour envelopper complètement le noyau en vue d'obtenir une ébauche (18),- étancher l'ébauche (18) de sorte que le noyau (10) se trouve complètement isolé vis-à-vis de l'extérieur,- forgeage de l'ébauche (18) afin d'obtenir la pièce à la forme souhaitée,- et débourrage du noyau (10) de la pièce pour obtenir la pièce (1) forgée creuse.
- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à munir le noyau (10) d'au moins un conduit d'évacuation de gaz (11).
- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu il consiste à assurer le positionnement du noyau (10) dans le moule à l'aide du conduit d'évacuation de gaz (11).
- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à assurer l'étanchéité de l'ébauche (18) en obturant chaque conduit d'évacuation de gaz (11).
- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il consiste à obturer chaque conduit d'évacuation de gaz (11) à l'aide d'un élément de rigidification (20) remplissant ledit conduit.
- Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à positionner le conduit d'évacuation de gaz (11) dans le noyau (10) en un lieu destiné à constituer un logement (4) pour la pièce.
- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste à positionner le conduit d'évacuation de gaz (11) pour qu il s'étende en saillie de part et d'autre du noyau de manière à constituer un logement (4) traversant dans la pièce.
- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à assurer le préchauffage de l'ébauche (18) avant son forgeage.
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