CH622857A5

CH622857A5 -

Info

Publication number: CH622857A5
Application number: CH569678A
Authority: CH
Inventors: Francis Charron
Original assignee: Semt
Priority date: 1977-05-27
Filing date: 1978-05-25
Publication date: 1981-04-30
Also published as: SU724091A3; FR2392224B1; IT7823596A0; FR2392224A1; SE7806069L; DK235778A; NL7805781A; JPS53148636A; GB1604283A; IT1095512B; DE2821752A1; US4190941A

Description

L'invention a pour objet un procédé de fabrication de soupapes refroidies, et les soupapes ainsi obtenues. Ces soupapes sont destinées en particulier, mais non exclusivement, pour moteurs à combustion interne.

D'une façon connue, les soupapes en champignon ou en tulipe refroidies par un réfrigérant sont réalisées en au moins deux parties : la tête et la queue, pour pouvoir réaliser les canaux respectivement d'arrivée et de retour du fluide réfrigérant. Ces deux parties sont ensuite assemblées soit par vissage, soit par soudage ou brasage, soit par frettage.

Ces techniques d'assemblages présentent certains inconvénients. Dans le cas des solutions soudées, des ruptures sont susceptibles de se produire en raison de la sensibilité à la fissuration des matériaux généralement employés pour les soupapes.

Dans le cas des solutions brasées, on constate des détériorations ou décollements d'assemblages dus à des phénomènes de dilatation différentielle thermique. Dans le cas de solutions vissées, des dévissages progressifs ont été enregistrés sous l'action combinée des dilatations différentielles thermiques et des vibrations auxquelles sont soumises les soupapes.

Si les soupapes sont utilisées pour moteurs à combustion interne, les inconvénients ci-dessus mentionnés se traduisent le plus souvent par la chute, après rupture, de la tête de soupape dans le cylindre du moteur, provoquant des dégâts très importants.

L'invention vise à éliminer ces inconvénients et a pour but de créer une soupape qui, à l'état fini, se présente sous forme d'un ensemble sans liaisons d'assemblages transversales.

A cet effet, l'invention propose un procédé de fabrication de soupapes refroidies, caractérisé en ce qu'il consiste :

— à partir d'une première billette sensiblement cylindrique en matériau filable par extrusion, à réaliser une ébauche de soupape, par perçage d'un alésage borgne axial, et par usinage d'une gorge circonférentielle interne au fond de l'alésage,

— à partir d'une seconde billette sensiblement cylindrique en matériau approprié filable par extrusion, à usiner un noyau en forme de tige cylindrique d'un diamètre conjugué de celui de l'alésage borgne, et à usiner, dans le noyau, au moins deux canaux respectivement d'arrivée et de retour du fluide de refroidissement, débouchant à leurs extrémités opposées; à introduire le noyau dans l'alésage de l'ébauche, les canaux débouchant dans la gorge,

— à filer par extrusion l'ébauche et le noyau ainsi assemblés pour former la queue de la soupape à ses dimensions, et

— à réaliser un façonnage de mise en forme de la tête de la soupape.

Avant l'opération d'extrusion, on peut remplir les canaux et la gorge avec un produit à bas point de fusion puis, après l'extru-sion, on peut chauffer la soupape pour faire fondre et évacuer ledit produit.

Dans l'ébauche ainsi obtenue on peut réaliser la forme définitive de la tête de la soupape par un façonnage de mise en forme, soit par déformation sous pression, forgeage, fluo-tournage ou analogue, soit par enlèvement de matière par usinage ou analogue.

Les avantages, caractéristiques et détails apparaîtront plus clairement à l'aide de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels :

la fig. 1 est une vue en coupe longitudinale représentant l'ébauche d'une soupape obtenue après la première étape du procédé conforme à l'invention;

la fig. 2 est une vue en élévation représentant un noyau en forme de tige avec deux canaux respectivement d'arrivée et de retour du liquide de refroidissement, réalisé dans une seconde étape du procédé;

la fig. 3 est une vue suivant la flèche III de la fig. 2;

la fig. 4 est une variante de la fig. 3 au niveau de la réalisation des canaux de refroidissement;

la fig. 5 est une vue en coupe longitudinale représentant la soupape une fois le noyau monté dans l'ébauche;

la fig. 6 est une vue en coupe longitudinale partielle d'une presse de filage par extrusion assurant la mise en forme de la queue de la soupape dans une troisième étape du procédé;

la fig. 7 est une vue en coupe longitudinale de la soupape une fois sortie de la presse, dans le cas où les canaux de refroidissement sont remplis d'un produit de bourrage en vue de limiter l'écrasement de ces canaux pendant l'opération de filage;

la fig. 8 est une vue en coupe longitudinale de la soupape après évacuation du produit de remplissage, et la fig. 9 est une vue en élévation d'une soupape à l'état fini, après façonnage de sa tête.

Sur la fig. 1, est représentée la première étape du procédé conforme à l'invention.

A partir d'une billette 1 sensiblement cylindrique en matériau adapté filable par extrusion, tel que par exemple de l'acier réfrac-taire, de diamètre initial au moins égal à celui de la tête de soupape à l'état fini, on réalise, par exemple par perçage, un alésage borgne axial 2, au fond duquel on réalise par usinage, par exemple par électro-érosion pour de petits alésages, ou par tournage pour des alésages de plus grand diamètre, une gorge circonférentielle interne 3 pour la circulation du fluide de refroidissement dans la tête de soupape.

Ensuite, on effectue un usinage extérieur, par exemple par décolletage au tour, pour réduire le diamètre extérieur de la

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billette 1 sauf à son extrémité borgne pour laisser subsister un talon 4 à l'intérieur duquel se trouve la gorge 3.

Sur les fig. 2 à 5, est représentée la seconde étape du procédé.

A partir d'une seconde billette 5 sensiblement cylindrique et en matériau approprié éventuellement différent, filable par extrusion, on usine un noyau 5 en forme de tige cylindrique d'un diamètre extérieur conjugué de celui de l'alésage borgne 2 de la billette 1. Puis, on usine dans ce noyau deux canaux 6 respectivement d'arrivée et de retour du fluide de refroidissement. Ces canaux 6 longitudinaux sont, soit sous forme de conduits percés dans le noyau 5 et le traversant de part en part pour déboucher à ses deux extrémités (fig. 2 et 4), soit sous forme de rainures 7 creusées dans et sur toute la longueur de la surface latérale externe du noyau 5. Ces canaux ou rainures peuvent être rectilignes ou courbes et parallèles ou non.

Dans le cas des canaux 6, on usine également dans le noyau 5 un téton ou embout saillant 8 formant cloison de séparation entre les deux canaux 6 débouchant à cette extrémité.

Ensuite, avant d'effectuer l'emmanchement du noyau 5 dans l'alésage borgne 2 de l'ébauche 1 avec le téton 8 dudit noyau venant en appui ou en butée contre le fond interne du talon 4 de la tète de soupape, on effectue, éventuellement, un traitement de surface de la surface latérale externe du noyau 5 et de la surface interne de l'alésage borgne 2 de l'ébauche 1, pour favoriser l'adhérence ou la cohésion du noyau et de l'ébauche au cours de l'étape ultérieure du procédé. Ce traitement consiste par exemple en un dégraissage et décapage, et métallisation.

Sur les fig. 6 à 8, est représentée la troisième étape du procédé. Avant l'opération proprement dite de filage par extrusion de la soupape une fois le noyau monté dans l'ébauche, on remplit éventuellement le circuit de refroidissement (canaux 6 et gorge 3) d'un produit à bas point de fusion, tel que par exemple un eutec-tique fondant par exemple à 100°C environ. Ce produit est déversé à l'état fondu, et après solidification par refroidissement, on obture les orifices extérieurs des canaux 6 débouchant à l'extrémité libre du noyau 5, afin d'éviter toute perte du produit par liquéfaction de celui-ci au cours du filage par extrusion. Cette obturation est faite par exemple par des bouchons ou tampons métalliques filetés se vissant dans les orifices taraudés des canaux 6.

L'opération de filage par extrusion de préférence hydrostatique pour obtenir une meilleure homogénéité du matériau filé, s'effectue dans une presse 10 comprenant un bâti inférieur fixe 11, un bâti supérieur mobile 12 vers ou au-delà dudit bâti fixe 11 par l'intermédiaire de colonnes de guidage 13. Sur le bâti fixe 11 est prévu un support 14 pourvu d'un alésage axial 15, et qui supporte une filière 16 dont l'alésage 17 évasé à sa partie supérieure est axialement aligné avec l'alésage 15. Le diamètre de l'alésage de la

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filière 16, dans sa partie non évasée, correspond à celui souhaité pour la tige de soupape, alors que celui de l'alésage 15 du support 14 qui sert d'enceinte de réception de la soupape filée est légèrement plus grand.

Autour de l'ébauche 17 est rapporté un conteneur annulaire 18 dont l'alésage 19 est aligné avec les alésages précités 15, 17 et a un diamètre légèrement supérieur au diamètre du talon 4 de la tête de soupape. Le bâti mobile 12 supporte, à son extrémité en regard du bâti fixe 11, un piston 20 axialement aligné avec l'axe du conteneur 18.

Le piston 20 étant en position haute, c'est-à-dire au-delà du conteneur 18, l'ébauche est introduite par son extrémité de plus petit diamètre dans l'alésage 19 du conteneur 18, avant que l'intérieur de la presse 10 ne soit rempli de fluide hydraulique.

Ensuite, par déplacement du support mobile 12 le long des glissières 13, le piston 20 est dirigé et pénètre à l'intérieur de l'alésage 19 du conteneur 18 pour forcer la queue de la soupape à passer à travers la filière 16. L'extrémité libre du piston 20 n'agit pas directement sur l'extrémité libre du talon 4 de la soupape,

mais par l'intermédiaire du fluide sous pression les séparant. L'opération de filage se termine lorsque le talon formant butée est reçu dans l'alésage 17 de la filière 16.

La soupape 21 ainsi obtenue avec sa tige 22 au diamètre et à la longueur souhaités, est représentée sur la fig. 7, avec le circuit de refroidissement toujours rempli dans l'exemple illustré, du produit de bourrage 9 qui a permis, lors du filage, d'obtenir les canaux du système de refroidissement à un diamètre réduit prédéterminé.

Après cette opération de filage et dans l'exemple considéré, on chauffe la soupape, par exemple par immersion dans l'eau bouillante, pour faire fondre et évacuer le produit de bourrage 9, après enlèvement des bouchons d'obturation 6, pour obtenir la soupape représentée sur la fig. 8.

Dans une dernière étape du procédé, il reste à effectuer la mise en forme de la tête de la soupape au niveau de son talon 4, pour obtenir la soupape définitive 23 avec sa tige 22 et sa tête 24 telles que représentées sur la fig. 9.

Il est important de noter que l'opération de filage, effectuée par une extrusion hydrostatique, nécessite une puissance inférieure à celle des autres procédés de filage à froid grâce à un coefficient de frottement assez faible au niveau de la filière et à l'absence de frottement dans le conteneur de la presse.

Ce procédé de filage hydrostatique permet en outre d'obtenir des produits dont la structure présente des propriétés sensiblement uniformes sur toute la longueur de la partie filée. En outre le procédé permet d'élaborer des soupapes en des matériaux qui ne sont pas normalement filables à froid par des techniques classiques.

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2 feuilles dessins

Claims

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1. Procédé de fabrication de soupapes refroidies, caractérisé en ce qu'il consiste:

— à partir d'une première billette sensiblement cylindrique en matériau filable par extrusion, à réaliser une ébauche de soupape, par perçage d'un alésage borgne axial et par usinage d'une gorge circonférentielle interne au fond de l'alésage,

— à partir d'une seconde billette sensiblement cylindrique en matériau filable par extrusion, à usiner un noyau en forme de tige cylindrique d'un diamètre conjugué de celui de l'alésage borgne, et à usiner dans le noyau au moins deux canaux respectivement d'arrivée et de retour de fluide de refroidissement, débouchant à leurs extrémités opposées,

— à introduire le noyau dans l'alésage de l'ébauche, les canaux débouchant dans la gorge,

— à réaliser un façonnage de mise en forme de la tête de la soupape.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à remplir les canaux et la gorge avec un produit à bas point de fusion.

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REVENDICATIONS

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste avant d'introduire le noyau dans l'alésage de l'ébauche, à exécuter un traitement de surface de la surface latérale externe du noyau et de la surface de l'alésage central de l'ébauche.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en cequelaseconde billette est faite en un matériau différent de celui de la première billette.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'ébauche et le noyau sont filés par extrusion hydrostatique.

6. Soupape refroidie, obtenue par le procédé selon l'une des revendications 1 à 5.