Procédé de fabrication d'un piston en métal léger comprenant un renfort en métal lourd La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un piston en métal léger comprenant un renfort en métal lourd et concerne plus parti culièrement le renforcement de pistons en métal léger dans des zones où les gorges à segments sont creusées dans les pistons par usinage ou fraisage. On a pro posé antérieurement d'incorporer en certaines zones des renforts ou armatures métalliques ferreux dans les pistons en métal léger, de façon que ces der niers puissent mieux résister à l'usure.
Dans un procédé connu, un anneau en fer est incorporé dans le piston pendant le moulage de celui-ci et la ou les gorges à segments sont creusées dans le renfort. Non seulement ce procédé est coûteux, mais il pose fréquemment des problèmes compliqués de liaison.
L'un des inventeurs a déjà préconisé l'utilisation d'éléments de renfort ou armature noyés, avanta geusement fabriqués le plus souvent à partir de matières en fil métallique ou de matières ferreuses câblées. Les renforts sont sinueux dans le sens de leur longueur, qui est le sens circonférentiel du piston, et sont placés de façon à s'étendre de chaque côté de la position de la ou des gorges à segments du piston. Les éléments de renfort sont. noyés et sont coupés par les gorges de façon qu'ils soient à découvert dans celles-ci sur leurs faces supérieures et inférieures pour résister à l'usure.
Le but de l'invention est de fournir un procédé de fabrication d'un piston en métal léger comprenant un renfort en métal lourd. Ce procédé est caractérisé en ce qu'on dispose contre la paroi intérieure d'un moule au moins un renfort constitué par un fil continu en métal lourd présentant des sinuosités sur sa longueur, en ce qu'on coule du métal léger dans le moule pour noyer au moins partiellement ledit renfort, et en ce qu'on taille une gorge à segment dans le métal léger de manière à découper partiel lement- ledit renfort. Par fil , on entend tout article allongé tel qu'un fil proprement dit ou un câble.
Le. dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs mises en #uvre du procédé selon l'inven tion.
La fig. 1 est un plan partiel d'un piston renforcé, illustrant une première mise en oeuvre.
La fig. 2 est une coupe partielle suivant la ligne 2-2 de la fig. 1 montrant également certaines parties d'un moule.
La fig. 3 est une coupe partielle analogue du piston après qu'il a été rectifié et que les gorges -à segments ont été creusées.
La fig. 4 est une coupe horizontale partielle suivant la ligne 4-4 dé la fig. 3.
La fig. 5 est un plan partiel d'un piston illustrant une seconde mise en aeuvre. La fig. 6 est une coupe partielle suivant la ligne 6-6 de la fig. 5.
La fig. 7 est une coupe partielle du même piston à l'état rectifié après qu'une gorge a été creusée dans ce piston. La fig. 8 est une coupe partielle horizontale du même piston suivant la ligne 8-8 de la fig. 7.
La fig. 9 est une coupe partielle d'un piston, illus trant une troisième mise en oeuvre.
La fig. 10 est une vue partielle en perspective d'un renfort en fil métallique illustrant une quatrième mise en aeuvre.
La fig. 11 est un plan partiel d'un piston utili sant le renfort de la fig. 10.
La fig. 12 est une coupe partielle suivant la ligne 12-12 de la fig. 11 après que le piston a été rectifié et qu'une gorge a été creusée dans celui-ci.
La fig. 13 est une coupe partielle d'un piston et d'un moule, illustrant une cinquième mise en oeuvre. La fig. 14 est une vue en perspective d'une partie du renfort en fil métallique représenté à la fig. 13.
La fig. 15 est une coupe partielle d'un piston rectifié et creusé de gorges illustrant une sixième mise en aeuvre.
La fig. 16 est une perspective d'une partie du renfort représenté à la fig. 15.
La fig. 17 est une coupe partielle d'un piston comportant un renfort en fil métallique, montrant certaines parties d'un moule et illustrant une sep tième mise en aeuvre. Dans la mise en oeuvre du procédé faisant l'objet de l'invention, les renforts en métal lourd, constitués par un fil métallique (usuellement fil de fer ou fil d'acier) présentent des sinuosités de formes variées.
Ils sont placés dans un moule, de façon que la sinuosité soit au moins partiellement circonféren- tielle. Comme cela est décrit en détail ci-après, le renfort est susceptible d'être supporté dans un moule, essentiellement spire par spire, soit en faisant entrer une certaine partie des spires dans une rainure creu sée dans les parois du moule, soit en fixant une cer taine partie des spires par une languette sur les parois du moule.
Ceci ne complique pas considé rablement la structure du moule, mais assure un support efficace du renfort aux endroits où doivent être creusées la ou les gorges à segments du piston. Le renfort même peut être conformé comme un corps sinueux de longueur indéfinie et être découpé en sections convenables pour des pistons de diffé rentes dimensions ; ces sections peuvent être facile ment courbées pour s'adapter aux parois cylindriques intérieures d'un moule.
Les renforts conservent fa cilement leurs positions en raison de leur tendance à se redresser à partir de la courbure qui leur a été conférée et en raison de leur engagement dans la rainure du moule ou de leur fixation à l'aide de la languette, comme décrit ci-dessus. Une simple section d'élément de renfort peut ainsi servir à la circonférence entière d'un piston donné. En outre, le renfort peut être disposé de manière à être coupé lorsque la gorge à segment est creusée.
De même, dans certaines mises en oeuvre, il est possible d'uti liser des renforts qui s'étendent sur une grande dis tance dans le sens radial ou sur toute l'étendue radiale des faces supérieures et inférieures de la ou des gorges à segments, comme cela est décrit ci- après.
Dans une mise en oeuvre simple et efficace, le renfort en fil métallique affecte la forme d'un fil hélicoïdal à spires légèrement écartées, comme re présenté en 1 aux fig. 1 à 4. Un tel fil, usuellement en acier, peut être coupé à une longueur désirée, recourbé et placé contre les éléments 3 de la paroi latérale cylindrique d'un moule annulaire de piston, de manière qu'une petite partie latérale de chaque spire du fil s'engage dans une rainure peu profonde 5 prévue dans la paroi du moule. Ceci sert à main tenir correctement le renfort en place dans le moule pendant la coulée du corps en métal léger.
Des élé ments de renfort supplémentaires de constitution analogue peuvent être utilisés comme en la à la fig. 2.
La coulée de métal léger dans le moule conduit à la formation sur le piston d'une languette annu laire 7 (fig. 1) à l'endroit où la ou les gorges doivent être creusées. Le diamètre des spires du renfort est plus grand que la plus grande dimension effective d'une gorge 9 ou 9a à segment, obtenue par fraisage ou tournage du piston et creusée dans la partie ren forcée. Ceci est indiqué clairement à la fig. 3.
Lors que le piston est rectifié et la gorge creusée comme indiqué ci-dessus, l'élément de renfort est partagé en pièces séparées en forme de C pour chaque spire, mais les parties d'extrémité de chaque pièce appa raissent en 10 et 11 sur les bords extérieurs des faces supérieures et inférieures des gorges à seg ments. Ces positions sont avantageuses pour résister à l'usure. Dans les autres endroits, les pièces en forme de C sont complètement noyées dans le corps en métal léger 13 du piston.
La discontinuité du renfort est avantageuse, une fois le piston terminé, du fait qu'elle supprime la difficulté provenant des différences des coefficients de dilatation des cons tructions en métal léger et des constructions en métal lourd. L'écartement des spires du renfort constitué sous la forme d'un fil des fig. 1 à 4 n'est pas critique, mais les spires doivent être suffisamment écartées les unes des autres pour permettre le fluage rapide du métal léger entre ces spires pendant l'opération de coulée.
Une autre mise en oeuvre est représentée en 14 aux fi-. 5 à 8. Le renfort est constitué par un ser pentin plat de fil métallique ou de fil câblé dont les sinuosités s'étendent transversalement à l'axe du piston, vers l'extérieur et vers l'intérieur. Du fait que le serpentin est plat, il est destiné à renforcer seule ment la face supérieure ou la face inférieure d'une gorge à segment, de sorte qu'on utilise deux élé- ments de renfort placés à une certaine distance l'un de l'autre, comme indiqué en 14 et 14a aux fig. 6 et 7.
Les éléments de renfort peuvent être placés comme précédemment avec les extrémités extérieures de leurs spires engagées dans des rainures peu pro fondes creusées dans les parois du moule cylindrique. Par suite de la présence de ces rainures, des lan guettes de faible épaisseur sont formées sur le piston métallique coulé, comme indiqué en 15 à la fig. 5, ces languettes étant enlevées lorsque le piston est rectifié.
Du fait que la largeur des spires du ser pentin du renfort est plus grande que la profondeur de la gorge à segment 16 qui est creusée par la suite, les spires ont pour effet de renforcer les surfaces intérieures supérieures et les surfaces intérieures in férieures des gorges sur toute leur étendue radiale. De même, les rainures du moules peuvent avoir une profondeur inférieure à la largeur du serpentin cons tituant le renfort, de sorte que les bords extérieurs des parois des gorges sont également renforcés sur une grande partie de leur circonférence, comme in diqué en 17 à la fig. 8.
En même temps, des par ties 18 en forme de boucles des spires sont entière ment noyées dans le corps du piston et assurent un bon ancrage. Si on le désire, les boucles extérieures 19 des spires peuvent être amenées à s'étendre au- delà de la surface rectifiée 20 du piston dans une mesure telle que ces boucles soient enlevées lorsque le piston est rectifié, comme le montre la fig. 9. Le corps du piston est désigné par 21 aux fig. 5 à 9.
On peut utiliser des formes plus compliquées de renforts en fil métallique. Ces formes peuvent être rationnellement obtenues de façon peu coûteuse en formant tout d'abord un serpentin en fil métal lique ou en fil câblé, puis en recourbant les spires latéralement. La fig. 10 montre une construction obtenue de cette façon.
L'effet du recourbage latéral mentionné ci-dessus est de créer un renfort ayant des éléments supérieurs 22 s'étendant horizontale ment et des éléments inférieurs 23 s'étendant hori zontalement, un élément supérieur et un élément inférieur étant reliés à l'arrière par une partie verti cale 24 et deux parties adjacentes horizontales étant reliées à l'avant par d'autres parties horizontales 25 ou 26.
Il est évident que, lorsque le renfort de la fig. 10 est noyé par moulage dans le corps 26a d'un piston en métal léger, comme le montrent les fig. 11 et 12, les parties horizontales supérieures 22 et inférieures 23 sont destinées à renforcer les deux faces latérales d'une gorge 27 recevant un segment de piston en évitant l'utilisation de -deux renforts séparés pour chaque gorge, comme c'était le cas dans les mises en oeuvre illustrées par les fig. 5 à 9.
Les boucles antérieures 25 et 26 de la construction de la fig. 10 sont engagées dans des rainures de faible profon deur creusées dans les parois du moule cylindrique, comme mentionné précédemment, tandis que les boucles postérieures 24 sont complètement noyées dans le corps du piston. Une autre forme du renfort est représentée à la fig 14. Ce renfort est constitué par un serpentin en fil métallique ou en fil câblé, qui est ultérieure ment déformé (ce qui peut rapidement être effectué entre des matrices ou poinçons) pour donner une construction caractérisée par des boucles 28 s'éten dant vers le haut et des boucles 29 s'étendant vers le bas.
Des sinuosités 30 sont repliées latéralement vers l'extérieur pour s'engager dans des rainures 31 de faible profondeur creusées dans les parois inté rieures cylindriques des éléments 32 du moule. Les sinuosités 30 sont enlevées lorsque le piston moulé est rectifié, puis, lorsqu'une gorge 33 à segment est creusée dans le piston 34 de la fig. 13, on assure un renforcement non seulement sur les bords exté rieurs des faces supérieures et inférieures des gorges, mais aussi sur une grande distance dans la partie dirigée radialement vers l'intérieur de ces bords exté rieurs.
Le renfort de la fig. 14 peut être recourbé ou déformé de diverses manières pour donner des dimensions variables de renforts découverts dans le sens radial. Les boucles supérieures -et inférieures du renfort en forme de U à la fig. 14, peuvent avoir des longueurs différentes et des formes différentes, selon la zone, externe ou médiane, d'ans laquelle les sinuosités sont repliées, suivant ce qui peut être nécessaire lorsqu'il y a lieu de creuser plusieurs gorges à segments et lorsqu'on veut renforcer les languettes intermédiaires en saillie.
Les fig. 15 et 16 représentent une mise en aeuvre plus simple. On voit clairement à la fig. 16 que le renfort a été obtenu en recourbant latéralement à angle droit un serpentin de fil métallique ou de fil câblé dont les sinuosités s'étendent dans le sens de la longueur du piston, de façon à former des bou cles 35 s'étendant vers le haut et des boucles 36 s'étendant vers l'avant. Lorsqu'un renfort de ce genre est utilisé dans un piston (fig. 15), les bou cles 36 s'étendant vers l'avant peuvent s'engager dans une rainure du moule de façon à maintenir le renfort en place. Les boucles 35 s'étendant vers le haut sont complètement enrobées dans le corps 37 du piston.
Le renfort vient se placer, comme en 3 8 et 39, dans les faces supérieures et inférieures de la gorge 40 lorsque cette dernière est creusée dans le piston.
La mise en place des éléments de renfort dans un moule et le maintien de leur position pendant l'opération de coulée peuvent être facilités dans certains cas par la formation de languettes en saillie sur les parois circonférentielles du moule, telles par exemple que la languette 41 à la fig. 17. Ce résultat est représenté dans le cas où l'on utilise un élément de renfort 42 analogue à celui représenté à la fig. 10. La languette 41 n'est pas seulement destinée à main tenir le renfort en place pendant la coulée du corps 43 en métal léger, mais diminue également quelque peu les frais occasionnés par le creusage dans le piston de la gorge à segment.
Si on le désire, on peut utiliser des combinaisons de languettes et de rainures.
Le terme métal léger comprend l'aluminium, le magnésium et leurs différents alliages, tandis que le terme métal lourd désigne tout métal à haute résistance (usuellement, mais pas nécessairement, le fer ou l'acier) approprié pour des renforts résistant à l'usure. Avec le renfort du type mentionné ici, le genre de liaison entre le renfort et le métal léger coulé autour de ce dernier a une importance rela tivement moindre. Différents procédés peuvent être utilisés pour assurer la liaison. Ainsi le fil métallique ou le fil câblé utilisé pour le renfort peut être en une matière qui a été préalablement recouverte de métal léger par immersion à chaud.
D'autres liai sons meilleures peuvent être assurées, dans certains cas, en revêtant tout d'abord le fil câblé d'une couche d'un métal comme l'étain, le zinc ou le nickel. De tels métaux sont avantageusement appliqués par galvanisation, bien qu'on puisse exécuter, dans le cas du zinc, l'immersion à chaud.
L'utilisation d'un procédé de coulée, dans lequel le métal léger fondu est amené à Huer sur les surfaces du renfort pendant une durée extrêmement grande, est avantageuse, du fait qu'elle supprime l'action des oxydes sur les surfaces dû fil câble ou du métal léger, puis, lorsque ce dernier est un alliage d'aluminium à forte teneur en éléments tels que le silicium, les conditions de température peuvent être choisies de façon que le renfort ait une action de refroidissement sur les parties immédiatement adjacentes du métal fondu en produisant une précipitation d'un peu de silicium ou d'un autre ingrédient de l'alliage sous une forme finement divisée,
ce qui conduit à l'amélioration de la liaison.