FR3073760A1 - Élément à insérer et son procédé de fabrication - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un élément à insérer qui disperse efficacement la contrainte de cisaillement générée au niveau de l'interface de la coulée composite. Un tel élément comprend, sur une surface (11s) à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite : une portion saillante (3) de forme maillée ; des surfaces de fond (F) entourées par la portion saillante (3) ; et une portion protubérante séparée (5a, 5b) préférentiellement en forme de broche. La portion saillante (3) comprend une partie supérieure et une portion de paroi verticale s'étendant depuis la surface de fond. La largeur en partie supérieure est supérieure à la largeur de la portion de paroi verticale. Au moins certaines des surfaces de fond (F) sont approximativement planes. Lorsque la portion saillante (3) est prise en projection sur un plan, elle forme des portions linéaires (31) et une portion de jonction (32) où fusionnent des portions linéaires.

Description

ÉLÉMENT À INSÉRER ET SON PROCÉDÉ DE FABRICATION
Domaine Technique
La présente invention concerne un élément à insérer et son procédé de fabrication. La présente invention concerne plus particulièrement un élément à insérer ayant un effet d'amortissement des vibrations et son procédé de fabrication.
Arrière-plan technologique
Un bloc-cylindres (ci-après également appelé B/C), qui est une partie centrale d’une automobile, est moulé selon un procédé de coulage sous pression à haute productivité, et des manchons dans lesquels des pistons coulissent sont insérés dans l’aluminium en même temps que le coulage sous pression.
Un tel manchon inséré dans du métal coulé par coulage sous pression présente classiquement des saillies séparées avec des extrémités distales rétrécies sur la surface périphérique extérieure du manchon (voir, par exemple, les Documents de brevet JP 4429025 B2 et JP 4210468 B2). Ces saillies augmentent la force d’adhérence et de liaison (force d’adhérence) entre un cylindre et le manchon, réduisent la contrainte résiduelle entre les alésages, évitent la réduction de la force d’adhérence à l’aluminium dans la direction radiale, et en outre, améliorent la dissipation thermique pendant la combustion, et ainsi, ces saillies contribuent à d'excellentes performances du moteur.
Récemment, pour améliorer le confort d'utilisation du véhicule, la nécessité de réduire le bruit et les vibrations générés par les pièces en rotation s'est accrue, non seulement pour un B/C, mais également pour un tambour de frein, une partie d'arbre d'un carter de transmission, et un moyeu de roue en aluminium. Certains exemples dans lesquels un élément en fonte à insérer est inséré dans un corps en aluminium par coulée composite ont été rapportés (par exemple, voir JP H05-187466 A).
Problématique de l'invention
Aujourd'hui, la réduction de la taille d'un moteur impliquant un amincissement des manchons est fortement souhaitée. Dans cette situation, les techniques classiques, par exemple, présentées dans les Documents JP 4429025 B2 et JP 4210468 B2., posent un problème majeur en ce que l'amincissement des manchons détériore la rigidité. Cela est dû au fait que les manchons sont exposés à une pression d'injection élevée de métal fondu d'aluminium lors du moulage par coulage sous pression, et en outre, lorsqu'une culasse est fixée au B/C, de fortes charges de fixation des boulons sont susceptibles de générer une distorsion de compression élevée dans les manchons.
Dans une pièce rotative en aluminium comprenant un élément d'insertion tel que décrit dans le document JP H05-187466 A, il existe une grande différence de module de Young entre l'élément en fonte inséré et l'aluminium. En raison de cette différence, il est à craindre qu'un couple de rotation élevé exercé lors du freinage génère une contrainte de cisaillement élevée localement au niveau de l'interface de coulée composite, et qu'une déformation plastique de l'aluminium puisse se produire dans les régions locales autour de l'interface.
Ainsi, le développement d'une nouvelle structure de manchon augmentant davantage la rigidité et dispersant les contraintes générées par une force externe serait souhaitable pour permettre de prévenir la détérioration des caractéristiques de bruit, de vibrations et de dureté (BVD) autour des alésages.
Solution
Les inventeurs ont mené des études approfondies et ont conçu un élément à insérer comportant en surface des portions saillantes en forme de maille sur lesquelles le métal coulé doit être lié par coulée composite et présentant également une structure efficace pour réduire la distorsion et la contrainte, et son procédé de fabrication pour résoudre les problèmes ci-dessus.
[1] Un mode de réalisation concerne un élément à insérer comprenant, sur une surface à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite :
une portion saillante de forme maillée ;
des surfaces de fond entourées par la portion saillante ; et une portion protubérante séparée, dans laquelle la portion saillante comprend une partie supérieure et une portion de paroi verticale s'étendant depuis un niveau de fond des surfaces de fond, la largeur de la partie supérieure est supérieure à la largeur de la portion de paroi verticale, au moins certaines des surfaces de fond sont approximativement planes, la portion protubérante séparée présente une forme de broche s'étendant depuis au moins certaines des surfaces de fond, et lorsque la portion saillante de forme maillée est supposée projetée sur un plan, la portion saillante forme des portions linéaires et une portion de jonction dans laquelle au moins deux des portions linéaires fusionnent.
[2] Un autre mode de réalisation concerne un élément à insérer comprenant, sur une surface à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite :
une portion saillante de forme maillée ; et des surfaces de fond entourées par la partie saillante, dans lesquelles la portion saillante comprend une partie supérieure et une portion de paroi verticale s'étendant depuis un niveau de fond des surfaces de fond, la largeur de la partie supérieure est supérieure à la largeur de la portion de paroi verticale, au moins certaines des surfaces de fond sont des surfaces convexes bombées dans une direction périphérique extérieure de la surface à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite, et lorsque la portion saillante de forme maillée est supposée projetée sur un plan, la portion saillante forme des portions linéaires et une portion de jonction dans laquelle au moins deux des portions linéaires fusionnent.
[3] Encore un autre mode de réalisation concerne un élément à insérer comprenant, sur une surface à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite :
une portion saillante de forme maillée ;
des surfaces de fond entourées par la portion saillante ; et une portion protubérante séparée, dans laquelle la portion saillante comprend une portion de paroi verticale s'étendant depuis le niveau de fond des surfaces de fond et présentant des hauteurs différentes de manière aléatoire, au moins certaines des surfaces de fond sont approximativement planes, la portion protubérante séparée présente une forme de broche s'étendant depuis au moins certaines des surfaces de fond, et lorsque la portion saillante de forme maillée est supposée projetée sur un plan, la portion saillante forme des portions linéaires et une portion de jonction dans laquelle au moins deux des portions linéaires fusionnent.
[4] Encore un autre mode de réalisation concerne un élément à insérer comprenant, sur une surface à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite :
une portion saillante de forme maillée ; et des surfaces de fond entourées par la partie saillante, dans lesquelles la portion saillante comprend une portion de paroi verticale s'étendant depuis le niveau (niveau de fond) des surfaces de fond et présentant des hauteurs différentes de manière aléatoire, au moins certaines des surfaces de fond sont des surfaces convexes bombées dans une direction périphérique extérieure de la surface à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite, et lorsque la portion saillante de forme maillée est supposée projetée sur un plan plat, la portion saillante forme des portions linéaires et une portion de jonction dans laquelle au moins deux des portions linéaires fusionnent.
[5] Dans l'élément à insérer conforme à ce qui précède au point [2] ou au point [4], il est préférable qu’une surface de fond qui constitue/forme une surface convexe comprenne une portion protubérante séparée en forme de broche s'étendant à partir du niveau de fond (niveau de la surface de fond).
[6] Dans l'élément à insérer selon l'un quelconque des points [1], [3], et [5] ci-dessus, il est préférable que la portion protubérante en forme de broche soit (a) une portion protubérante en forme de broche effilée dans laquelle le diamètre d'une extrémité distale de la portion saillante est inférieur au diamètre de la base de la portion saillante et a une hauteur de 0,1 mm ou plus et de 0,5 mm ou moins, et/ou (b) une portion protubérante présentant une forme en demi-dôme.
[7] Dans l'élément à insérer selon l'un quelconque des points [1], [3], [5], et [6] ci-dessus, il est préférable de former une à dix des portions protubérantes séparées dans chaque surface de fond entourée par la portion saillante.
[8] Dans l'élément à insérer selon l'un quelconque des points [1] à [7] ci-dessus, il est préférable que lorsque la portion saillante de forme maillée est supposée projetée sur un plan, la surface projetée de la portion saillante soit de 5 % ou plus et de 70 % ou moins par rapport à la surface totale projetée.
[9] Dans l'élément à insérer selon l'un quelconque des points [1] à [8] ci-dessus, il est préférable que lorsque la portion saillante de forme maillée est supposée projetée sur un plan, le diamètre d'un cercle inscrit dans un contour d'une portion entourée par les portions linéaires et la portion de jonction soit de 0,5 mm ou plus et de 30 mm ou moins.
[10] Dans l'élément à insérer selon l'un quelconque des points [1] à [9] ci-dessus, il est préférable que la hauteur de la portion saillante de forme maillée soit de 0,1 mm ou plus et de 5,0 mm ou moins.
[11] Dans l'élément à insérer selon l'un quelconque des points [1] à [10] ci-dessus, il est préférable que la longueur des portions linéaires dans le sens de la largeur soit de 0,1 mm ou plus et de 8,0 mm ou moins.
[12] Dans l'élément à insérer conforme à l'un quelconque des points [1 ] à [11 ] ci-dessus, il est préférable que l'élément à insérer soit un manchon de cylindre, un élément coulissant de frein, un élément de support, et un moyeu pour une roue de moto.
[13] Selon un autre aspect, il est proposé un procédé de fabrication d'un élément à insérer comprenant au moins les étapes consistant à :
appliquer un agent de revêtement de moule sur une surface, sur laquelle du métal fondu doit être versé, d'un moule ;
former une couche de revêtement de moule en une forme avec des fissures et des creux sur une surface de la couche de revêtement de moule en séchant l'agent de revêtement de moule appliqué ; et effectuer une coulée en versant le métal fondu sur la couche de revêtement de moule tout en faisant tourner le moule, dans lequel les fissures comprennent des écarts multiples s'étendant depuis la surface de la couche de revêtement de moule et atteignant une surface du moule, les largeurs des écarts diminuent de la surface de la couche de revêtement de moule vers la surface du moule, au moins certains des écarts s'étendent le long de la surface du moule, et les creux présentent une forme de broche qui n'atteint pas la surface du moule.
[14] Selon encore un autre aspect, il est proposé un procédé de fabrication d'un élément à insérer comprenant au moins les étapes consistant à :
appliquer un agent de revêtement de moule sur une surface, sur laquelle du métal fondu doit être versé, d'un moule ;
former une couche de revêtement de moule en une forme avec des fissures sur une surface de la couche de revêtement de moule en séchant l'agent de revêtement de moule appliqué ; et effectuer une coulée en versant le métal fondu sur la couche de revêtement de moule tout en faisant tourner le moule, dans lequel les fissures comprennent des écarts multiples s'étendant depuis la surface de la couche de revêtement de moule jusqu’à une surface du moule, les largeurs des écarts diminuent de la surface de la couche de revêtement de moule vers la surface du moule, certains des écarts s'étendent le long de la surface du moule, et des parties centrales d'au moins certaines des parties définies par les fissures dans la couche de revêtement de moule sont en retrait par rapport aux environs des parties centrales (environs entourant ces parties centrales).
[15] Suivant encore un autre aspect, il est proposé un procédé de fabrication d'un élément à insérer comprenant au moins les étapes consistant à :
appliquer un agent de revêtement de moule sur une surface, sur laquelle du métal fondu doit être versé, d'un moule ;
former une couche de revêtement de moule en une forme avec des fissures et des creux sur une surface de la couche de revêtement de moule en séchant l'agent de revêtement de moule appliqué ; et effectuer une coulée en versant le métal fondu sur la couche de revêtement de moule tout en faisant tourner le moule, dans lequel les fissures comprennent des écarts multiples s'étendant depuis la surface de la couche de revêtement de moule en direction d'une surface du moule, les largeurs des écarts diminuent de la surface de la couche de revêtement de moule vers la surface du moule, les profondeurs des écarts diffèrent de manière aléatoire (de sorte que les fissures ont une variation aléatoire de profondeur), et les creux présentent une forme de broche qui n'atteint pas la surface du moule.
[16] Selon un autre aspect, il est proposé un procédé de fabrication d'un élément à insérer comprenant au moins les étapes consistant à :
appliquer un agent de revêtement de moule sur une surface, sur laquelle du métal fondu doit être versé, d'un moule ;
former une couche de revêtement de moule en une forme avec des fissures sur une surface de la couche de revêtement de moule en séchant l'agent de revêtement de moule appliqué ; et effectuer une coulée en versant le métal fondu sur la couche de revêtement de moule tout en faisant tourner le moule, dans lequel les fissures comprennent des écarts multiples s'étendant depuis la surface de la couche de revêtement de moule en direction d'une surface du moule, les largeurs des écarts diminuent de la surface de la couche de revêtement de moule vers la surface du moule, les profondeurs des écarts diffèrent de manière aléatoire, et des parties centrales d'au moins certaines des parties définies par les fissures dans la couche de revêtement de moule sont en retrait par rapport aux environs des parties centrales (environs entourant ces parties centrales).
[17] Dans le procédé de fabrication d'un élément à insérer selon l'un quelconque des points [13] à [16] ci-dessus, il est préférable que les fissures présentent une forme maillée.
[18] Dans le procédé de fabrication d'un élément à insérer selon l'un quelconque des points [13] à [17] ci-dessus, il est préférable que l'agent de revêtement de moule contienne au moins un matériau ignifuge, un liant et un solvant.
[19] Dans le procédé de fabrication d'un élément à insérer selon l'un quelconque des points [13] à [18] ci-dessus, il est préférable que l'étape de formation de la couche de revêtement de moule comprenne le chauffage de l'agent de revêtement de moule à une température comprise entre une température d'évaporation d'un solvant et une température supérieure à la température d'évaporation de 110 °C, inclus, et le séchage du solvant pour former la couche de revêtement de moule avec la forme des fissures.
Effets avantageux
Un élément à insérer selon la présente invention réduit les contraintes de cisaillement et de compression au niveau de l’interface de coulée composite et améliore les caractéristiques d’amortissement des vibrations dans un produit obtenu en insérant l’élément à insérer dans de l’aluminium ou analogue par coulée composite, et évite ainsi la détérioration des caractéristiques de BVD. De plus, l'élément à insérer présente des formes spécifiques sur la surface à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite, ce qui augmente la zone de contact avec l'aluminium utilisé pour la coulée composite et améliore la conductivité thermique qui affecte le transfert de chaleur et la diffusivité thermique de l'élément à insérer dans l'aluminium.
Brève description des figures
La figure 1 est une vue en perspective conceptuelle d'un exemple de manchon de cylindre.
La figure 2 est une vue agrandie schématique de la zone d1 sur la figure 1 et une vue en perspective conceptuelle d'une surface, à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite, d'un élément à insérer selon un premier mode de réalisation de la présente invention.
La figure 3 est une vue schématique agrandie de la surface, à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite, d'un manchon de cylindre similaire à celui de la figure 1 et d'une vue conceptuelle en perspective d'une surface, à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite, d'un élément à insérer selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention.
La figure 4 est une vue en coupe schématique d'un exemple de bloc-cylindres.
La figure 5 est une vue de dessus d'une partie de la surface, à laquelle un métal coulé doit être lié par coulée composite, d'un élément à insérer selon le premier mode de réalisation de la présente invention lorsqu'il est visualisé en deux dimensions.
La figure 6 est une vue en coupe prise le long de la ligne A-A' de la figure 5.
La figure 7 est une vue en coupe agrandie d'une portion protubérante séparée en forme de broche effilée sur la figure 6.
La figure 8 est une vue en coupe agrandie d'une portion protubérante séparée en forme de demi-dôme sur la figure 6.
La figure 9 est une vue en coupe transversale schématique de portions saillantes présentant des formes rétrécies.
La figure 10 est une vue en coupe prise le long de la ligne B-B' de la figure 5 et une vue schématique de portions saillantes composées de portions de paroi verticales.
La figure 11 est une photographie au microscope électronique à un grossissement au facteur 12 d'une partie de la surface, à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite, d'un élément à insérer selon le premier mode de réalisation de la présente invention.
La figure 12 est une vue de dessus d'une partie de la surface, à laquelle un métal coulé doit être lié par coulée composite, d'un élément à insérer selon le deuxième mode de réalisation de la présente invention lorsqu'il est visualisé en deux dimensions.
La figure 13 est une vue en coupe prise le long de la ligne D-D' sur la figure 12.
La figure 14 est une photographie au microscope électronique à un grossissement au facteur 20 d'une partie de la surface, à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite, d'un élément à insérer selon le deuxième mode de réalisation de la présente invention.
Les figures 15A, 15B, 15C, 15D, 15E, 15F, 15G, 15H, correspondant à des moments successifs au cours de la fabrication, forment ensemble un schéma permettant d'expliquer un procédé de fabrication d'un élément à insérer selon la présente invention.
Les figures 16A, 16B, 16C, 16D, correspondant à différents stades dans le traitement, forment un schéma permettant d'expliquer le mécanisme de formation d'une couche de revêtement de moule dans le procédé de fabrication d'un élément à insérer selon la présente invention.
La figure 17 est un schéma illustrant schématiquement un élément à insérer obtenu en utilisant la couche de revêtement de moule décrite à la figure 16D.
Les figures 18A et 18B, 18C, 18D servent à expliquer schématiquement les contraintes générées au niveau d'une interface de coulée composite et l'effet de réduction des contraintes dans le cas où un élément à insérer est un manchon de cylindre à insérer dans un bloc-cylindres de moteur par coulée composite.
Les figures 19A et 19B, 19C, 19D est un schéma permettant d'expliquer les contraintes générées au niveau d'une interface de coulée composite et l'effet de réduction des contraintes dans le cas où un élément à insérer est un élément coulissant configuré pour entrer en contact avec des sabots de frein, inséré dans un frein à tambour d'aluminium par coulée composite.
La figure 20 est une photographie au microscope électronique d'un élément à insérer, illustrant un exemple de reliefs externes de l’élément à insérer.
La figure 21 est une photographie au microscope électronique d'une coupe transversale d'un élément à insérer.
Détails de Modes de Réalisation illustrant l'invention
Ci-après, des modes de réalisation vont être décrits en détail, sans que la portée de la présente invention ne soit limitée à ces modes.
Un mode de réalisation concerne un élément à insérer. Des exemples de matériaux pour l'élément à insérer comprennent la fonte, un alliage de cuivre, l'étain, ou un alliage de zinc, qui sont des métaux présentant d'importantes gravités spécifiques, des propriétés de glissement automatique, et un grand coefficient d'amortissement des vibrations. En particulier, la fonte est appropriée car la fonte est un alliage ternaire contenant couramment du fer, du carbone, et du silicium, il s'agit d'un alliage dans lequel du graphite présentant une excellente propriété de glissement automatique est cristallisé, et présente une excellente propriété d'amortissement des vibrations. Par exemple, la fonte peut contenir, en plus du Fe, entre 3,1 et 3,8 % en masse de T. C (carbone total), de 1,9 à 2,5 % en masse de Si, de 0,5 à 1,0 % en masse de Mn, de 0,01 à 0,5 % en masse de P, et de 0,02 à 0,1 % en masse de S par rapport à la masse totale de la fonte.
La forme du corps d'un élément à insérer n'est pas particulièrement limitée mais peut être choisie de manière appropriée en fonction de l'application. Des exemples de forme de l'élément à insérer comprennent une forme cylindrique, une forme semi-cylindrique, une forme en U ou en forme de T inversé vue en section transversale, et une forme incurvée ou une forme de plaque approximativement plane. Des exemples pour l'élément à insérer comprennent ceux à insérer dans un certain type de pièces coulées sous pression par coulée composite, tel qu'un manchon de cylindre à insérer dans un bloc-cylindres de moteur ; un élément coulissant annulaire, qui entre en contact avec des sabots de frein, à insérer dans un frein à tambour en aluminium d'un frein à récupération d'un véhicule électrique, un véhicule hybride, ou similaire ; un bossage de moyeu de roue coulé sous pression pour une moto et des machines spéciales ; en outre, une pièce de tourillon de vilebrequin dans un bloc-cylindres ou un carter inférieur ; et une partie de support dans un carter de transmission ou un carter d'un moteur électrique ou similaire. Ci-après, la présente invention sera décrite en illustrant un manchon de cylindre de forme cylindrique ; cependant, la présente invention n'est pas limitée aux éléments à insérer présentant des formes spécifiques ou à des produits spécifiques.
La figure 1 est une vue en perspective conceptuelle d'un manchon de cylindre 11, qui est un exemple d'élément à insérer. Le manchon de cylindre 11 présente une structure tubulaire définie par une surface intérieure 11 is et une surface extérieure 11s, et la surface extérieure 11s est la surface à laquelle le métal coulé, tel que de l'aluminium, doit être lié par coulée composite. La figure 2 est un exemple d'une vue en perspective schématique agrandie de la zone indiquée par d1 sur la figure 1 et est une vue en perspective schématique d'un élément à insérer selon un premier mode de réalisation de la présente application. Le manchon de cylindre comprend des portions saillantes 3 en forme de maille, une surface inférieure ou surface de fond F, et des portions protubérantes séparées 5a et 5b sur la surface 11s à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite. Les portions saillantes 3 en forme de maille font saillie depuis la surface de fond F et existent de manière continue sur toute la surface à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite. La figure 3 est un exemple d'une vue en perspective schématique agrandie d'une zone de la surface, à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite, d'un manchon de cylindre similaire à celui de la figure 1 et est une vue en perspective schématique d'un élément à insérer conforme à un deuxième mode de réalisation de la présente application. La configuration de la portion saillante 3 en forme de maille est presque identique à celle de la figure 2. Cependant, sur la figure 3, une surface inférieure ou surface de fond C, entourée par la portion saillante 3 en forme de maille, présente une structure de surface convexe dans laquelle le centre constitue une bosse par rapport à ses environs (ici par rapport à la zone entourant la zone bombée).
Dans ce qui suit, un manchon de cylindre va être brièvement décrit. La figure 4 est un schéma conceptuel illustrant un exemple d'un bloc-cylindres comprenant un manchon de cylindre en tant que constituant. Le bloc-cylindres 10 est coulé en liant de l'aluminium 12 à la surface périphérique extérieure du manchon de cylindre 11, par coulée composite.
Premier mode de réalisation relatif à un élément d'insertion
Le premier mode de réalisation de la présente invention concerne un élément à insérer. L'élément à insérer selon le présent mode de réalisation comprend, sur une surface à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite : une portion saillante 3 de forme maillée ; des surfaces de fond entourées par la portion saillante ; et au moins une portion protubérante séparée 5a et/ou 5b, dans laquelle au moins certaines des surfaces de fond F constituent une surface approximativement plane, la portion protubérante séparée peut être une portion protubérante 5a en forme de broche s'étendant depuis au moins certaines des surfaces de fond F, et lorsque la portion saillante 3 de forme maillée est supposée projetée sur un plan, la portion saillante forme des portions linéaires et une portion de jonction dans laquelle au moins deux des portions linéaires fusionnent. Dans un premier mode du premier mode de réalisation, la portion saillante 3 comprend une partie supérieure et une portion de paroi verticale s'étendant à partir de la surface inférieure, et la largeur L4 de la partie supérieure 4 est supérieure à la largeur L7 de la portion de paroi verticale 7. Dans un deuxième mode du premier mode de réalisation, la portion saillante 3 comprend une portion de paroi verticale 7 s'étendant depuis la surface inférieure et présentant des hauteurs différentes de manière aléatoire.
La figure 5 est une vue de dessus de la surface 11s, à laquelle un métal coulé doit être lié par coulée composite, d'un élément à insérer selon le premier mode de réalisation vu sous une forme bidimensionnelle depuis une direction perpendiculaire à la surface. La figure 6 est une vue en coupe prise le long de la ligne A-A' de la figure 5. La surface 11 s, à laquelle le métal coulé doit être lié coulée composite, de l'élément à insérer, correspond à la surface périphérique extérieure du manchon de cylindre 11 de la figure 1.
Lorsque la surface 11 s à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite est vue de manière bidimensionnelle depuis la direction périphérique extérieure, la portion saillante 3 présente une structure en forme de maille comprenant des portions linéaires (31 ; 31a, 31b ,31c, 31 d, 31 d, 31e) et des portions de jonction (32 ; 32a, 32b, 32c, 32d). Les portions linéaires 31 et 31a, 31b ,31c, 31 d, 31 d, 31e sont des portions dans lesquelles les portions saillantes 3 peuvent être reconnues sous des formes linéaires ou en forme de bande ayant des largeurs. Les portions linéaires peuvent être soit linéaires soit incurvées, et peuvent ne pas être uniformes en largeur, en longueur, ou en hauteur et avoir des formes indéfinies. La longueur longitudinale La de la portion linéaire 31 n'est pas particulièrement limitée. La longueur latérale de la portion linéaire 31, en d'autres termes, la longueur Lb de la partie supérieure de la portion linéaire dans le sens de la largeur est de préférence de 0,1 mm ou plus et de 8,0 mm ou moins, de façon davantage préférée de 0,1 mm ou plus et de 5,0 mm ou moins, et idéalement d'environ 0,2 mm ou plus et de 3,0 mm ou moins. L’extension ou longueur latérale Lb de la portion linéaire 31 correspond à la largeur de la portion linéaire 31 projetée sur un plan. Une longueur latérale Lb inférieure à 0,1 mm peut entraîner un effet d'ancrage insuffisant sur l'aluminium utilisé pour la coulée composite et un effet insuffisant des portions linéaires 31 pour réduire la déformation de l'aluminium. Une longueur latérale Lb supérieure à 8,0 mm peut entraîner une réduction de poids insuffisante.
Le réglage des longueurs des parties supérieures des portions linéaires 31 dans la plage ci-dessus augmente le nombre de parties moyeu, qui constituent la portion de jonction 32 dans laquelle les portions linéaires 31 fusionnent. Il est à noter que la longueur de la surface supérieure de la partie supérieure de la portion linéaire 31 dans le sens de la largeur peut être mesurée en utilisant, par exemple, un microscope numérique. Par exemple, la mesure est effectuée entre 1 et 50 points, et la longueur peut être déterminée comme une plage incluant des valeurs mesurées sur la base de la valeur moyenne ou des valeurs minimale et maximale, ou de préférence une plage incluant toutes les valeurs mesurées. Il est à noter que la longueur Lb de la partie supérieure de la portion linéaire dans le sens de la largeur peut différer dans certains cas entre un premier mode dans lequel les portions saillantes 3 présentent des sections transversales de formes rétrécies et un deuxième mode dans lequel les portions saillantes sont composées de portions de paroi verticale. Les détails seront décrits plus bas.
Sur la figure 5, la portion de jonction 32a est formée par la zone de réunion de trois portions linéaires 31a, 31b, et 31c qui se rejoignent. Le nombre de portions linéaires 31 fusionnant dans une portion de jonction 32 n'est pas particulièrement limité mais est d'au moins 2, et de préférence de 2 à 6 inclus. Il est préférable qu'une portion saillante 3 en forme de maille comprenne au moins deux portions de jonction 32. Dans le cas où une portion saillante 3 en forme de maille comporte deux portions de jonction 32 ou plus, le nombre de portions linéaires 31 fusionnant au niveau de chaque portion de jonction 32 peut être identique ou différent. Les portions saillantes 3 en forme de maille formées sur la surface périphérique extérieure de l'élément à insérer fournissent un effet de nervures de renfort qui améliore la rigidité de l'élément à insérer. De plus, il est préférable que les portions linéaires 31 fusionnent en une portion de jonction 32 à partir de directions aléatoires, du point de vue de la dispersion des contraintes générées par une force externe après que l'élément à insérer soit inséré par coulage. La fusion de portions linéaires 31 provenant de directions aléatoires signifie, par exemple, que deux portions linéaires 31 fusionnent en une portion de jonction 32 à partir de directions différentes au lieu d'être parallèles l'une à l'autre.
La surface inférieure ou surface de fond F est une portion entourée par des portions linéaires 31a, 31b, 31 d, et 31e et des portions de jonction 32a, 32b, 32c, et 32d des portions saillantes 3 lorsqu'elles sont visualisées en deux dimensions. Dans le même temps, en référence à la figure 6, la surface inférieure F est une portion définie comme une surface approximativement plane presque parallèle à la surface intérieure 11 is de l'élément à insérer. Dans la présente description, l'expression une surface approximativement plane signifie une surface dans laquelle il n'y a pratiquement pas de différence d'épaisseur entre le centre et les environs de la surface inférieure F, ou la différence est inférieure à environ 100 pm, contrairement à la surface convexe. Les environs de la surface inférieure F désignent des parties au niveau desquelles les portions saillantes 3 s'étendent, et le centre désigne une partie au moins éloignée des environs. Dans la structure partielle illustrée aux figures 5 et 6 de l'élément à insérer selon le présent mode de réalisation, les portions saillantes 3 forment un maillage continu sans interruption, et il est alors permis de former une zone entourée par les portions saillantes 3 et aussi par la surface inférieure F (par exemple lorsque la surface inférieure F présente une géométrie annulaire ou entourant des ilôts de plus grande épaisseur). Cette zone s'appelle une cellule dans la présente description. II est à noter qu'une cellule n'est pas limitée à une zone (ilôt) complètement entourée par des portions saillantes 3 continues mais peut être une zone entourée de portions saillantes 3 avec une interruption, qui peut également être considérée comme une cellule de la même manière, par exemple, en compensant la partie interrompue avec une ligne de prolongation imaginaire sur la vue de dessus. Sur les figures 5 et 6, des portions protubérantes séparées 5a et 5b sont formées dans une cellule. Les portions protubérantes séparées 5a et 5b sont des portions saillantes présentant chacune une forme de broche ayant une forme approximativement circulaire lorsqu'elles sont visualisées en deux dimensions, contrairement à la portion saillante 3 continue. Il est préférable qu'une à dix portions protubérantes séparées 5a et 5b soient formées par cellule, et il est en outre préférable qu'une à six portions protubérantes séparées soient formées par cellule. Cependant, toutes les cellules multiples existant sur l'élément à insérer ne doivent pas nécessairement comporter de portions protubérantes séparées. Plusieurs portions protubérantes séparées 5a et/ou 5b incluses dans une cellule peuvent avoir la même forme ou des formes différentes.
Les portions protubérantes séparées sont grosso modo réparties en un ensemble de portions saillantes 5a en formes de broches effilées et un ensemble de portions saillantes 5b en formes de demi-dômes. La figure 7 est une vue agrandie de la portion protubérante séparée 5a de la figure 6, qui représente une coupe transversale de la portion protubérante séparée 5a en forme de broche effilée. La portion protubérante séparée 5a en forme de broche effilée est une portion dans laquelle le diamètre R5a de la base de la portion saillante au niveau de laquelle la portion saillante s'étend à partir de la surface inférieure F est supérieur au diamètre de la partie d'extrémité distale de la broche, et la hauteur h5a de la portion saillante est d'environ deux fois ou plus le diamètre R5a de la base de la portion saillante. La hauteur h5a de la portion protubérante séparée 5a en forme de broche effilée est, par exemple, compris entre 0,1 mm et 0,5 mm, et de préférence compris entre 0,2 mm et 0,4 mm. Des portions protubérantes séparées avec des hauteurs h5a inférieures à la plage ci-dessus peuvent entraîner un effet insuffisant de dispersion des contraintes de cisaillement et un effet insuffisant de rayonnement thermique au niveau de l’interface de la coulée composite. Des portions protubérantes séparées avec des hauteurs h5a supérieures à la plage ci-dessus peuvent réduire la propriété de remplissage en aluminium dans les cellules lors de la fabrication d'un élément d'insertion et rendre plus probable la formation d’écarts au niveau de l'interface des portions saillantes 3, ce qui diminue les performances de l'élément d'insertion 11 lui-même.
La figure 8 est une vue agrandie de la portion protubérante séparée 5b de la figure 6, qui représente une coupe transversale de la portion protubérante séparée 5b en forme de demi-dôme. La portion protubérante séparée 5b en forme de demi-dôme est une portion dans laquelle la hauteur h5b de la portion saillante est inférieure à environ deux fois le diamètre R5b de la base de la portion saillante et l'extrémité distale est sensiblement incurvée. La hauteur h5b de la portion protubérante séparée 5b en forme de demi-dôme est, par exemple, d'environ 0,1 mm à 0,5 mm, et de préférence d'environ 0,2 mm à 0,4 mm.
En revenant à la figure 5, lorsque la surface 11s à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite est vue de manière bidimensionnelle depuis une direction perpendiculaire à la surface, un cercle inscrit le peut être tracé sur la surface inférieure ou surface de fond F entourée par les portions saillantes 3. Le diamètre de ce cercle inscrit le est de préférence compris entre 0,5 mm et 30 mm inclus, de façon davantage préférée compris entre 1,0 et 15 mm, et idéalement compris entre 1,5 mm et 5,0 mm. Des diamètres inférieurs à 0,5 mm peuvent entraîner une surface effective de contact avec l'aluminium insuffisante lors de la coulée composite. II peut donc être difficile de maintenir un effet d'ancrage efficace sur l'aluminium utilisé pour la coulée composite. La conductivité thermique peut également être insuffisante. Des diamètres supérieurs à 30 mm peuvent entraîner une surface effective de contact avec l'aluminium insuffisante après l'insertion de l'élément à insérer. Cela peut en outre conduire à un cas où des structures en forme de maille efficaces ne peuvent pas être obtenues, ce qui contribuerait autrement à la dispersion des contraintes générées par une force externe. En réglant les diamètres des cercles inscrits dans la plage ci-dessus, la surface effective de contact avec l'aluminium lors de la coulée composite peut être suffisante, ce qui permet d'obtenir une conductivité thermique favorable lorsqu'il est utilisé comme élément d'insertion. En outre, la structure en forme de maille peut disperser les contraintes. II est à noter que, dans le cas où l'élément à insérer présente, par exemple, une forme cylindrique, le diamètre du cercle inscrit peut être déterminé en tant que valeur moyenne en corrigeant une image capturée de portions saillantes 3 sur une surface incurvée en une image sur une surface plane à l'aide d'un microscope numérique, en créant, par exemple, de 1 à 50 cercles inscrits sur les surfaces de fond F en fonction de l'image corrigée, et en obtenant la valeur moyenne à partir de ces cercles inscrits. Par ailleurs, le diamètre du cercle inscrit le peut être déterminé comme une plage incluant des valeurs mesurées en fonction du diamètre minimum et du diamètre maximum, ou de préférence une plage incluant toutes les valeurs mesurées. II est à noter que la présente invention n'est pas limitée à un mode dans lequel toutes les parties planes sont entourées par les portions linéaires. Dans ce cas, des cercles inscrits peuvent être tracés le long de certaines portions linéaires 31, et leurs diamètres peuvent être traités de la même manière que ci-dessus.
En supposant que la surface 11s, à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite, de l'élément à insérer soit projetée sur un plan depuis une direction perpendiculaire à la surface, la surface projetée des portions saillantes 3 en forme de maille projetées sur le plan est de préférence comprise entre 5 % et 70 % inclusivement, de façon davantage préférée comprise entre 10% et 60% inclusivement, et idéalement comprise entre 16% et 43% inclusivement de la surface totale projetée. Si la surface projetée des portions saillantes en forme de maille est inférieure à 5 %, la surface effective de contact avec l'aluminium lors de la coulée composite peut être insuffisante. En outre, l'effet en tant que nervures de renfort réduisant les contraintes générées par une force externe peut diminuer. Si la surface projetée des portions saillantes en forme de maille dépasse 70 %, un effet de réduction de poids peut ne pas être obtenu. Le réglage de la surface projetée des portions saillantes 3 en forme de maille dans la plage ci-dessus de la surface projetée totale améliore la rigidité tout en réalisant la force d'adhérence nécessaire, le transfert de chaleur, et la dissipation thermique sur le métal coulé utilisé pour la coulée composite, après la coulée composite. De plus, ce réglage peut également améliorer la conductivité thermique et le module spécifique en tant qu'élément d'insertion après la coulée composite. II est à noter que la surface projetée peut être calculée par un traitement de banalisation basé sur une image capturée, par exemple, avec un microscope et soumise à une correction de plans. La surface projetée peut être déterminée en tant que rapport moyen de la surface projetée des portions saillantes à partir des résultats de mesure, par exemple, de 1 à 50 points. Alternativement, la surface projetée peut être déterminée comme une plage incluant des valeurs mesurées en fonction de la valeur minimale et de la valeur maximale du rapport de surface, ou de préférence une plage incluant toutes les valeurs mesurées. Les portions saillantes 3 en forme de maille sont formées en continu sur la surface de l'élément à insérer 11. L'expression en continu ne se limite pas aux modes dans lesquels toutes les portions linéaires sont reliées mais comprend les modes dans lesquels seules certaines portions linéaires 31 sont reliées.
Dans le présent mode de réalisation, les formes des sections transversales des portions saillantes 3 sont généralement classées en deux modes. La forme en coupe transversale mentionnée ici est une forme en coupe transversale perpendiculaire à la surface à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite et perpendiculaire à la direction longitudinale d'une portion linéaire 31. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 5 et 6, l'on retrouve la portion saillante 3a dans le premier mode comprenant une section transversale dans une forme rétrécie et la portion saillante 3b dans le deuxième mode comprenant une portion de paroi verticale, de manière mélangée. Cependant, l'élément à insérer selon la présente invention peut comporter uniquement les portions saillantes 3a dans le premier mode, peut comporter uniquement les portions saillantes 3b dans le deuxième mode, ou peut comporter les deux types de portions saillantes de manière mélangée. Dans le cas où les deux types existent de manière mélangée, les portions saillantes 3a dans le premier mode et les portions saillantes 3b dans le deuxième mode peuvent être présentes dans les portions saillantes 3 composant la même cellule.
La portion saillante 3a dans le premier mode va être décrite. La figure 9 est une vue schématique agrandie de sections transversales de portions saillantes (portions linéaires) avec des formes présentant des parties rétrécies. En référence à la figure 9, la portion saillante 3a comprend une partie supérieure 4 et une portion de paroi verticale 7, qui s'élève et s'étend presque perpendiculairement à partir de la surface inférieure F. La portion de paroi verticale 7 a une largeur L7 presque constante depuis la surface inférieure F jusqu'au voisinage de la partie supérieure 4 dans la section transversale illustrée, et la partie supérieure 4 a une largeur L4 supérieure à la largeur L7 de la portion de paroi verticale 7. On peut dire que de telles formes sont des formes présentant des parties rétrécies. Cependant, la forme présentant une partie rétrécie n'est pas limitée à celle illustrée à la figure 9. La largeur L7 de la portion de paroi verticale 7 n'a pas besoin d'être constante. De plus, la portion saillante 3a peut comporter un mode illustré sur la figure 6 dans lequel la largeur augmente de façon continue depuis la portion de paroi verticale jusqu’à la partie supérieure, ou la portion saillante 3a peut comporter un mode comme illustré sur la figure 9 dans lequel la portion de paroi verticale 7 et la partie supérieure 4 forment un coin E avec lequel la portion de paroi verticale 7 et la partie supérieure 4 sont en contact selon un certain angle. La largeur L4 de la partie supérieure 4 correspond à la largeur Lb de la portion linéaire expliquée en référence à la figure 5.
Lorsque la structure présente la forme ci-dessus sur la surface de l'élément à insérer, alors que l'élément à insérer est inséré dans le moulage par insertion, du métal fondu s'écoule et par exemple s'enroule autour de la forme présentant une partie rétrécie, en particulier, ici le coin E formé par la portion de paroi verticale 7 et la partie supérieure 4 et présentant une forme à contre-dépouille. Cela améliore l'effet d'ancrage et évite que des écarts se produisent entre l'aluminium 12 et l'élément à insérer 11 même lorsqu'une force externe est exercée.
Les formes en coupe transversale illustrées sur la figure 9 peuvent également être appelées forme approximative en T pour l’une et forme approximative en L inversé pour l’autre. Dans une portion saillante 3a comprenant une section transversale approximativement en forme de T, la portion de paroi verticale 7 peut être en contact avec la partie supérieure 4 de la portion saillante au niveau d’une position qui sépare/répartit uniformément la partie supérieure 4. Cependant, la portion de paroi verticale 7 peut être en contact avec la partie supérieure 4 en la rejoignant à une position qui sépare inégalement la partie supérieure. La forme de la partie supérieure 4 de la portion saillante 3a peut être effilée vers une extrémité ou peut présenter une épaisseur constante sensiblement dans la totalité de la partie supérieure 4 de la portion saillante. La portion de paroi verticale 7 peut présenter une largeur L7 presque constante dans une vue en coupe transversale depuis le voisinage de la surface inférieure ou surface de fond F jusqu'au voisinage de la partie supérieure 4 et peut présenter des irrégularités sur les surfaces latérales. De plus, la portion de paroi verticale 7 peut s'étendre approximativement perpendiculairement à la surface approximativement plane constituant la surface inférieure F ou peut s'étendre en s'inclinant d'un certain angle par rapport à la ligne perpendiculaire à la surface approximativement plane.
La hauteur h3 de la portion saillante 3a peut être exprimée par la somme de la hauteur h4 de la partie supérieure 4 et de la hauteur h7 de la portion de paroi verticale 7. La hauteur h3 de la portion saillante 3a peut être sensiblement constante le long de la direction longitudinale La de la portion linéaire 31 ou peut être partiellement différente dans certains cas. La hauteur h3 de la portion saillante 3a est de préférence comprise entre 0,1 mm et 5,0 mm, inclusivement, de façon davantage préférée comprise entre 0,1 mm et 3 mm, et idéalement comprise entre 0,5 et 1,5 mm, inclusivement. Des hauteurs inférieures ou égales à 0,1 mm peuvent entraîner un effet d'ancrage insuffisant sur l'aluminium utilisé pour la coulée composite et peuvent réduire l'effet en tant que nervures de renfort améliorant la rigidité. De plus, ce réglage peut réduire la surface de contact avec l'aluminium 12, ce qui est nécessaire pour diffuser la chaleur. Si la hauteur h3 de la portion saillante 3a dépasse 5,0 mm, la formation par coulage centrifuge peut être difficile dans certains cas. Le réglage des hauteurs h3 des portions saillantes 3a dans la plage ci-dessus augmente la surface effective de contact avec le métal utilisé pour la coulée composite et peut améliorer la dissipation thermique. II est à noter que la hauteur h3 des portions saillantes 3a peut être déterminée en tant que valeur moyenne en effectuant une analyse de ligne sur une surface arbitraire de l'élément à insérer, par exemple, en utilisant une fonction de mesure d'un microscope numérique et du logiciel d'analyse d'images WinROOF2013. Par ailleurs/en alternative, en utilisant un microscope numérique pour observer une section transversale, la hauteur h3 des portions saillantes 3a peut être déterminée comme une plage comprenant des valeurs mesurées en fonction de la hauteur minimale et de la hauteur maximale des portions saillantes 3a par rapport à la surface inférieure ou surface de fond F dans une zone de mesure arbitraire, ou de préférence une plage incluant toutes les valeurs mesurées.
A présent, la portion saillante 3b dans le deuxième mode va être décrite. La portion saillante 3b dans le deuxième mode comprend une portion de paroi verticale dont la hauteur est différente de manière aléatoire le long de la direction longitudinale de la portion linéaire 31. La portion saillante 3b dans le deuxième mode comprend une portion de paroi verticale mais ne comporte pas de partie supérieure avec une grande largeur. Comme illustré dans la portion saillante 3b de la figure 6, la forme en coupe transversale peut présenter, par exemple, la largeur diminuant à partir de la surface inférieure/de fond F en direction de l'extrémité distale. En variante ou par ailleurs, la largeur peut être constante ou peut présenter une forme indéfinie, depuis la surface de fond F à l'extrémité distale. La hauteur h3 de la portion saillante 3b est différente de manière aléatoire le long de la direction longitudinale de la portion linéaire.
La figure 10 est une vue en coupe transversale de la portion linéaire 31 a sur la figure 5 prise le long de la ligne B-B'. La portion linéaire 31 a sur la figure 5 est une portion saillante 3b dans le deuxième mode et présente la hauteur h3 variant le long de la direction longitudinale de la portion linéaire 31a, dans laquelle des portions dans lesquelles les portions saillantes h3 sont basses et des portions dans lesquelles les portions saillantes h3 sont hautes sont présentes aléatoirement. Dans la portion saillante 3b du deuxième mode, lorsque la surface à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite est vue de manière bidimensionnelle depuis la direction périphérique extérieure, la longueur Lb de la portion linéaire dans le sens de la largeur est plus courte que la longueur Lb de la portion linéaire dans le sens de la largeur dans la portion saillante 3a dans le premier mode et est de préférence comprise entre 0,1 mm et 3,0 mm, et de façon davantage préférée comprise entre 0,2 mm et 2 mm.
II est à noter que l'élément à insérer selon le présent mode de réalisation présente des portions saillantes de différentes formes pouvant être produites dans un procédé de fabrication, décrit ultérieurement, sur la surface à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite, et par conséquent, l'élément à insérer selon le présent mode de réalisation peut comporter des portions saillantes présentant des formes en coupe autres que les formes en coupe décrites dans les premier et deuxième modes.
Pour la forme extérieure générale d'un élément à insérer, les portions saillantes 3 présentent des formes maillées qui sont similaires à un motif de surface d'un melon musqué et comprennent des portions protubérantes séparées dans un espace entouré par les portions saillantes 3. De plus ou par ailleurs, dans l'élément à insérer, au moins certaines des surfaces de fond sont des surfaces convexes bombées dans la direction périphérique extérieure de la surface à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite. En revenant à la figure 1, l'épaisseur 11b de l'élément à insérer est de préférence comprise entre 2 et 20 mm. L'épaisseur de l'élément à insérer, par exemple sur la figure 6, est la somme de l'épaisseur h9 depuis la surface périphérique intérieure de l'élément à insérer jusqu’à la surface inférieure ou surface de fond F, et de la hauteur h3 des portions saillantes h3 en forme de maille. La hauteur h3 des portions saillantes est de préférence comprise entre 1 et 70 %, et de façon davantage préférée comprise entre 10 et 50 %, de l'épaisseur de l'élément à insérer.
La figure 11 est une photographie au microscope électronique capturant la surface, à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite, d'un élément à insérer selon le premier mode de réalisation à un grossissement au facteur 12. Sur la figure 11, des portions saillantes 3 en forme de maille et des portions protubérantes 5a séparées peuvent être clairement observées.
Un deuxième mode de réalisation concerne un élément à insérer. Un élément à insérer selon le présent mode de réalisation comprend, sur une surface à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite : une portion saillante 3 de forme maillée ; et des surfaces de fond entourées par la portion saillante, parmi lesquelles au moins certaines des surfaces de fond sont des surfaces convexes bombées dans une direction périphérique extérieure de la surface à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite, et lorsque la portion saillante de forme maillée est supposée projetée sur un plan, la portion saillante forme des portions linéaires et une portion de jonction dans laquelle au moins deux des portions linéaires fusionnent. Dans un premier mode du deuxième mode de réalisation, la portion saillante 3 comprend une partie supérieure et une portion de paroi verticale s'étendant à partir de la surface inférieure/de fond, et la largeur de la partie supérieure est plus grande que la largeur de la portion de paroi verticale. Dans un deuxième mode du deuxième mode de réalisation, la portion saillante 3 comprend une portion de paroi verticale s'étendant depuis la surface inférieure/de fond et présentant des hauteurs différentes de manière aléatoire.
La figure 12 est une vue de dessus de la surface, à laquelle un métal coulé doit être lié par coulée composite, d'un élément à insérer selon le deuxième mode de réalisation vu sous une forme bidimensionnelle depuis une direction perpendiculaire à la surface. La figure 13 est une vue en coupe prise le long de la ligne D-D' sur la figure 12. La surface 11s, à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite, de l'élément à insérer 11 comprend une surface inférieure ou surface de fond C et des portions saillantes 3. La portion saillante 3 présente une structure s'étendant depuis la surface de fond C dans la direction périphérique extérieure O de la surface à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite. Les portions saillantes 3 ont une structure en forme de maille comprenant des portions linéaires 31 et des portions de jonction 32, lorsqu'elles sont visualisées en deux dimensions.
Dans le présent mode de réalisation, la forme plane et la forme en coupe transversale de la portion saillante 3 sont identiques à celles du premier mode de réalisation et peuvent également inclure toutes les modifications décrites dans le premier mode de réalisation. Ainsi, leur description est omise ici.
En référence aux figures 12 et 13, la surface inférieure ou surface de fond C est une surface approximativement plane mais présente une surface convexe, dont le centre est bombé par rapport à ses environs dans la direction périphérique extérieure de la surface à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite. Ici, l'expression le centre est bombé par rapport à ses environs dans la direction périphérique extérieure signifie que dans une cellule, l'épaisseur maximale hc1 de l'élément à insérer 11 à partir de la surface périphérique intérieure 11 is jusqu'au centre de la surface de fond C est supérieure à la l'épaisseur minimale hc2 de l'élément à insérer mesurée aussi à partir de la surface périphérique intérieure 11 is jusqu'aux environs de la surface de fond C, la différence hc1 -hc2 est supérieure ou égale à 0,1 mm, et le centre est renflé (ici dans une zone globalement concave du fait des portions saillantes 3) dans la direction périphérique extérieure de la surface à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite. II est à noter que les environs de la surface de fond C désignent des parties de base des portions saillantes 3, et le centre désigne une partie au moins éloignée de tels environs. La surface de fond C définie comme ci-dessus, comprenant une surface convexe bombée dans la direction périphérique extérieure de la surface à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite, est également appelée surface de fond convexe C dans la présente description.
Au moins seulement certaines des cellules multiples incluses dans l'élément à insérer doivent inclure des surfaces de fond convexes C. II est préférable, par exemple, que 10% ou plus, ou de préférence 30% de plus des cellules incluent des surfaces de fond convexes C. Ainsi, dans certaines cellules de l'élément à insérer du deuxième mode de réalisation, les surfaces de fond des cellules peuvent être des surfaces approximativement planes de la même manière que dans le premier mode de réalisation.
Selon une modification du deuxième mode de réalisation, un élément à insérer peut comporter des portions protubérantes séparées s'étendant à partir d'une surface de fond convexe C. Les portions protubérantes séparées peuvent être des portions protubérantes séparées 5a en forme de broches effilées, peuvent être des portions protubérantes séparées 5b en forme de demi-dômes, ou peuvent être des deux types de manière mixte. En outre, également dans une modification du deuxième mode de réalisation, un élément à insérer 11 peut comprendre des portions protubérantes séparées 5a et 5b s'étendant à partir de la surface approximativement plane dans des cellules dont les surfaces de fond sont approximativement planes. Dans le cas où des portions protubérantes séparées sont présentes, les formes et dimensions préférables, et le nombre des portions protubérantes séparées peuvent être les mêmes que dans le premier mode de réalisation. II est à noter que bien que dans le premier mode de réalisation, les hauteurs d'une portion saillante 3 et des portions protubérantes séparées 5a et 5b soient définies comme étant la hauteur à partir de la surface de fond F approximativement plane. La hauteur d'une portion saillante 3 dans le présent mode de réalisation est définie en référence à la base de la portion saillante 3, et les hauteurs des portions protubérantes séparées 5a et 5b sont définies en référence au niveau de fond de la surface de fond concave C où est formée une telle portion protubérante.
La figure 14 est une photographie au microscope électronique capturant la surface, à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite, d'un élément à insérer selon le deuxième mode de réalisation à un grossissement au facteur 20. Sur la figure 14, une portion saillante 3 de forme maillée et une surface de fond convexe C sont clairement visibles. De plus, on peut également observer que la hauteur de la portion saillante 3 varie de manière aléatoire le long de la direction longitudinale de la portion linéaire. En outre, on peut également observer que de nombreux petits trous en retrait sont formés sur les surfaces latérales des parois verticales de la portion saillante 3 en forme de maille. Etant donné que le métal fondu d’aluminium utilisé dans la coulée composite pénètre également dans ces petits trous en retrait, l’interface d’adhérence entre l’élément à insérer 11 et l’aluminium 12 devient multidimensionnelle. Ainsi, même si une force de cisaillement, une force de compression ou similaire provoquée par une force externe agit sur l'interface d'adhérence, le décollement ne se produit pratiquement pas. Cela contribue à augmenter la résistance de l'élément d'insertion lui-même.
L'élément à insérer selon les premier et deuxième modes de réalisation de la présente invention est inséré dans de l'aluminium 12, un alliage d'aluminium, ou un autre alliage non ferreux lors de la coulée composite. Un élément obtenu en insérant l'élément à insérer dans ces métaux et alliages par coulée composite est appelé élément d’insertion. Comme décrit ci-dessus, l'élément d'insertion présente une adhérence favorable entre l'élément à insérer et un métal ou un alliage utilisé pour la coulée composite, tel que l'aluminium, et présente également une conductivité thermique favorable en tant qu'élément d'insertion. II est à noter que la conductivité thermique peut être mesurée par une méthode d'éclair au laser. Par exemple, lorsque l'élément à insérer 11 est un manchon de cylindre à insérer dans un bloc-cylindres de moteur par coulée composite, le manchon de cylindre doit dissiper uniformément la chaleur dans le corps de cylindre d'aluminium environnant et doit présenter une rigidité élevée car le manchon de cylindre est susceptible de recevoir une pression de combustion et une charge de compression pendant que la culasse est fixée à celui-ci. L'application de la présente invention à un manchon de cylindre et l'insertion du manchon de cylindre, par exemple, en aluminium par coulée composite, fournissent un bloc-cylindres 10 de moteur présentant une conductivité et une diffusivité thermiques davantage excellentes. De plus, même avec un taux de compression élevé du moteur, la chaleur peut être efficacement dissipée depuis le manchon de cylindre au corps de cylindre en aluminium. Ceci permet de réduire l'élévation de la température de combustion accompagnant l'augmentation du taux de compression. En outre, étant donné que le module spécifique du manchon de cylindre peut être amélioré ; même si le poids est identique, une déformation de l'alésage, en d'autres termes, un changement de circularité du manchon de cylindre inséré peut être évité pendant la manoeuvre ou la fixation décrite ci-dessus. Cela permet de réduire les pertes mécaniques et les gaz de soufflage du moteur, ce qui réduit davantage l'apparition de bruit, de vibrations, et similaire. Si le manchon de cylindre présente la même rigidité, son épaisseur et son poids peuvent être réduits. En conséquence, le moteur peut être allégé.
II est aussi proposé un procédé de fabrication d'un élément à insérer selon un mode de réalisation, conformément à l’invention. Le procédé peut comprendre au moins les étapes consistant à appliquer un agent de revêtement de moule sur la surface 60 d'un moule 61 dans lequel le métal fondu 43 doit être versé, former une couche de revêtement de moule 62 présentant une forme avec des fissures 65 sur la surface par séchage de l'agent de revêtement de moule appliqué, et à verser du métal fondu 43 sur la couche de revêtement de moule 62 et à couler, tout en faisant tourner le moule 61.
Le matériau et la forme du moule 61 servant à mouler l'élément à insérer ne sont pas particulièrement limités mais peuvent être choisis en fonction de la préforme ou de l'application de l'élément à insérer. Par exemple, dans le cas du moulage d'un manchon de cylindre destiné à être inséré dans un bloc-cylindres de moteur par coulée composite en tant qu'élément à insérer, le moule est de préférence un moule métallique et présente de préférence une forme cylindrique. Dans ce cas, il est préférable d'utiliser un procédé de coulage centrifuge utilisant la force centrifuge. II est à noter que les surfaces du moule utilisé pour mouler l'élément à insérer peuvent être, par exemple, des surfaces usinées, qui sont approximativement plates.
Les figures 15A à 15H permettent d'expliquer brièvement un procédé de fabrication de l'élément à insérer selon un aspect de la présente invention. La figure 15A illustre schématiquement l'agent de revêtement de moule liquide 62 préparé dans un récipient 6. L'agent de revêtement de moule 62 peut contenir au moins un matériau ignifuge, un liant, et un solvant. L'agent de revêtement de moule 62 peut contenir des agrégats dans certains cas.
En tant que matériau ignifuge, la poudre de diatomite est préférable, en particulier pour empêcher la solidification blanche du métal fondu et pour garantir des propriétés de démoulage suffisantes, ainsi que pour protéger la surface du moule. La limite inférieure de la quantité du matériau ignifuge à mélanger est de préférence de 2 % en masse ou plus, et de façon davantage préférée de 8 % en masse ou plus de la masse totale de l'agent de revêtement de moule. La limite supérieure est de préférence de 40 % en masse ou moins, de façon davantage préférée de 27 % en masse ou moins, et idéalement de 15 % en masse ou moins de la masse totale de l'agent de revêtement de moule.
Des exemples de liant comprennent la bentonite, la montmorillonite, la kaolinite, la sépiolite, l'attapulgite, et l'argile réfractaire. En particulier, la bentonite est préférable dans la mesure où la bentonite absorbe le solvant, gonfle, et se gélifie, de sorte que lorsque la bentonite est mélangée à un solvant avec un matériau ignifuge et un agrégat, la bentonite peut présenter une viscosité qui évite la séparation et permet de fixer l'agent de revêtement de moule sur la surface du moule. La limite inférieure de la quantité de liant à mélanger est de préférence de 2 % en masse ou plus, de façon davantage préférée de 5 % en masse ou plus, et idéalement de 8 % en masse ou plus de la masse totale de l'agent de revêtement de moule. La limite supérieure est de préférence de 20 % en masse ou moins, et de façon davantage préférée de 12 % en masse ou moins de la masse totale de l'agent de revêtement de moule. Si la quantité de liant est inférieure à 2 % en masse, la séparation du liant d'avec le matériau ignifuge est susceptible de se produire, et la résistance de la couche de revêtement de moule peut être insuffisante dans certains cas. Si la quantité de liant dépasse 20 % en masse, la viscosité de suspension de l'agent de revêtement de moule est trop élevée, ce qui peut rendre le revêtement difficile.
Le solvant peut être de l'eau. La limite inférieure de la quantité solvant à mélanger est de préférence de 60 % en masse ou plus de la masse totale de l'agent de revêtement de moule. La limite supérieure est de préférence de 85 % en masse ou moins de la masse totale de l'agent de revêtement de moule. L'agent de revêtement de moule peut également contenir, en plus des matériaux décrits ci-dessus, un solvant organique présentant un point d'ébullition supérieur à celui de l'eau, tel que le butanol. Dans ce cas, un tel solvant organique peut être mélangé avec de l'eau pour être utilisé.
L'agent de revêtement de moule peut également contenir des agrégats en plus des matériaux décrits ci-dessus. Des exemples d'agrégats qui peuvent être utilisés comprennent du sable en poudre minérale ou en céramique artificielle composé d’oxyde d’aluminium et de dioxyde de silicium, tel que la mullite et le sable cerabeads, et du sable pour coulage, tel que le sable de zirconium, le sable de chromite, le sable de silice, le sable d’olivine, et le sable de spinelle. En particulier, la mullite et le sable cerabeads sont préférables en ce qu'ils présentent des densités suffisamment petites pour empêcher la séparation d’avec le matériau ignifuge et le liant, et n'absorbent pas le solvant et facilitent la contraction de la couche de revêtement de moule pour augmenter le nombre de fissures dans la couche de revêtement de moule lorsque la couche de revêtement de moule est séchée et solidifiée. La limite inférieure de la quantité d’agrégat à mélanger est de préférence de 1,0 % en masse ou plus, de façon davantage préférée de 1,5 % en masse ou plus, et idéalement de 3 % en masse ou plus de la masse totale de l'agent de revêtement de moule. La limite supérieure n'est pas particulièrement limitée mais est de préférence de 25 % en masse ou moins, et de façon davantage préférée de 10 % en masse ou moins.
L'agent de revêtement de moule peut être préparé sous la forme d'un coulis en mélangeant au moins le matériau ignifuge, le liant, et le solvant, et en ajoutant en outre au mélange l’agrégat dans certains cas.
La figure 15B est un dessin conceptuel illustrant une étape d'application d'un agent de revêtement de moule 62 sur la surface périphérique intérieure 60 d'un moule 61, dans lequel du métal fondu doit être versé. Dans ce mode de réalisation, la surface sur laquelle le métal fondu doit être versé (ci-après également appelée surface de contact avec du métal fondu) correspond à la surface périphérique intérieure 60 du moule 61, et il est préférable que la surface périphérique intérieure 60 avant de former une couche de revêtement de moule 62 soit presque plate. Dans l'étape d'application, l'agent de revêtement de moule 62 est appliqué sur la surface périphérique intérieure 60 du moule en utilisant un bec 41 tout en faisant tourner le moule cylindrique 61 dans une direction constante r.
II est préférable que la surface périphérique intérieure 60 du moule au moment de l'application de l'agent de revêtement de moule sur le moule soit chauffée pour être à une température qui ne provoque pas une élévation soudaine de la température de l'agent de revêtement de moule. La température de chauffage est de préférence comprise entre 110 et 210 °C, et de façon davantage préférée comprise entre 120 et 180 °C.
La figure 15C est un schéma conceptuel illustrant une étape de formation d'une couche de revêtement de moule présentant une forme avec des fissures en séchant l'agent de revêtement de moule appliqué. II est préférable que le moule 61 soit mis en rotation dans la direction constante r jusqu'à ce que l'agent de revêtement de moule soit séché.
L'agent de revêtement de moule peut être séché pendant que la rotation du moule se poursuit après l'application. L'agent de revêtement de moule peut être séché et solidifié par la chaleur du moule 61 qui a été chauffé ou par la chaleur du moule 61 au moment où il est davantage chauffé. Par ailleurs, le temps nécessaire pour sécher et solidifier l'agent de revêtement de moule peut être réduit en chauffant le moule 61 de l'extérieur du moule selon les besoins après l'arrêt de la rotation du moule.
Lorsque l'agent de revêtement de moule est séché par chauffage supplémentaire après l'application, le chauffage est réalisé de préférence à une température supérieure ou égale à la température d'évaporation du solvant et inférieure ou égale à une température (température de seuil haut) qui est supérieure à la température d'évaporation de 110 °C. Ceci évite une élévation soudaine de la température du solvant depuis l'intérieur de l'agent de revêtement de moule 62 et évite également la génération excessive de bulles d'air (vapeur d'eau), et ainsi, dans cet état, la couche de revêtement de moule présentant une forme avec des fissures peut être formée par la contraction provoquée par le séchage et la solidification de l'agent de revêtement de moule 62. La limite inférieure de la température de chauffage est de préférence supérieure ou égale à la température d'évaporation du solvant, de façon davantage préférée supérieure ou égale à la température supérieure de 10°C à la température d'évaporation du solvant, et idéalement la température supérieure de 20 °C à la température d'évaporation du solvant. La limite supérieure de la température de chauffage est de préférence inférieure ou égale à la température (température de seuil haut) supérieure de 110 °C à la température d'évaporation du solvant, et de façon davantage préférée inférieure ou égale à une température de seuil haut qui dépasse de 80 °C la température d'évaporation du solvant.
L'épaisseur de la couche de revêtement de moule 62 après le séchage peut être déterminée en fonction d'une hauteur maximale souhaitée des portions saillantes 3 ou d'autres facteurs dans l'élément à insérer 11 et n'est pas particulièrement limitée, mais son épaisseur moyenne est de préférence comprise entre 0,1 mm et 5,0 mm, et de façon davantage préféré comprise entre 0,5 mm et 2,0 mm.
Ensuite, le mécanisme de formation de la couche de revêtement de moule 62 va être décrit, en référence aux figures 16A à 16D. La figure 16A illustre schématiquement un stade dans lequel une partie d'un composant volatil 63 s'évapore de l'agent de revêtement de moule 62 appliqué au moule chauffé 61. La figure 16B illustre un état précoce de la couche de revêtement de moule 62 pendant le séchage et la solidification. À ce stade, une grande quantité du composant volatil 63 s'évapore de la couche de revêtement de moule 62, et la contraction 64 commence à se produire à des intervalles aléatoires à la surface de la couche de revêtement de moule 62, générant ainsi des fissures 65. La figure 16C illustre un état intermédiaire pendant le séchage et la solidification. La contraction 64 de la couche de revêtement de moule 62 progresse davantage, et les fissures 65 qui se sont produites à partir de la surface de la couche de revêtement de moule 62 s'agrandissent vers la surface du moule 61. En conséquence, les sections transversales des écarts dans la direction de l'épaisseur de la couche de revêtement de moule deviennent cunéiformes. Dans certains cas, la couche de revêtement de moule 62 peut être complètement séchée et solidifiée dans cet état fissuré.
La figure 16D illustre un état terminal pendant le séchage et la solidification. Les fissures 65 ayant traversé la couche de revêtement de moule 62 se produisent, et des blocs définis/délimités par les fissures 65 apparaissent. Un bloc est une couche de revêtement de moule qui n'est pas sensiblement en contact avec un autre bloc adjacent dans certains cas, et dans d'autres cas, dont une partie est en contact avec un autre bloc adjacent. En outre, la contraction de la couche de revêtement de moule, en particulier la contraction de chaque bloc fait progresser les fissures 65. Les fissures continues s'étendant depuis la surface de la couche de revêtement de moule 62 en direction de la surface du moule 61 servent de moule (empreinte) pour la formation des portions saillantes 3 en forme de maille.
Dans le cas où des fissures 65 sont formées dans lesquelles des écartements/creusements s'étendent en outre approximativement perpendiculairement aux fissures formées à un stade précoce depuis la surface de la couche de revêtement de moule 62 en direction du moule, et le long de la surface du moule 61, les portions saillantes 3 formées à l'aide de cette couche de revêtement de moule 62 constitueront les portions saillantes 3a dans le premier mode présentant des structures rétrécies comprenant des portions de paroi verticale 7 et des parties supérieures 4. Pour former des fissures 65 servant de moule pour les portions saillantes 3a dans le premier mode, le temps de séchage et de solidification est défini relativement long.
D'autre part, dans le cas où des fissures 65 sont formées qui s'étendent depuis la surface de la couche de revêtement de moule 62 mais n'atteignent pas la surface du moule 61, les fissures servent principalement de moule (empreinte) pour former des portions saillantes 3b dans le deuxième mode. Les portions saillantes 3b dans le deuxième mode comprennent les portions de paroi verticale, dont les hauteurs sont différentes de manière aléatoire. Pour former des fissures 65 servant de moule pour les portions saillantes 3b dans le deuxième mode, le temps de séchage et de solidification est défini relativement court. Cependant, étant donné que divers facteurs influent sur la formation de fissures dans l'un ou l'autre mode, des conditions spécifiques peuvent être déterminées par des expériences préliminaires ou autres.
Dans un mode de réalisation, l'évaporation d'humidité à partir de la surface de la couche de revêtement de moule 62 forme des creux 67. Parmi les creux 67, des creux relativement profonds servent de moules (empreintes) pour constituer des portions protubérantes séparées 5a selon les formes de broches effilées décrites dans le premier mode de réalisation. Parmi les creux 67, ceux relativement peu profonds servent de moules pour constituer des portions protubérantes séparées 5b selon les formes en demi-dôme décrites dans le premier mode de réalisation. Pour former des creux 67 qui peuvent servir de moules pour des portions protubérantes séparées, il est préférable dans les conditions ci-dessus de fixer la température du moule relativement élevée, l'épaisseur de la couche de revêtement de moule 62 relativement petite, et la quantité de bentonite un peu moins. Cependant, la formation de creux 67 dépend également d'autres conditions diverses, la température du moule 61, l'épaisseur de la couche de revêtement de moule 62, la quantité de bentonite ne peuvent pas être spécifiquement définies. Ainsi, pour obtenir des creux 67 dans les formes souhaitées, avec les dimensions souhaitées, et dans le nombre souhaité, la température du moule, l'épaisseur de la couche de revêtement de moule, et la quantité de bentonite peuvent être déterminées par expérience préliminaire ou similaire.
Dans un mode de réalisation, en raison de l'évaporation d'humidité à partir de la surface de la couche de revêtement de moule 62, la contraction de la totalité du bloc forme de larges creux 66 (voir un exemple sur la figure 16D) sur la surface (surface externe) de la couche de revêtement de moule 62. Ceux-ci servent de moules pour former des surfaces de fond convexes C selon le deuxième mode de réalisation. Pour former de larges creux 66, il est préférable dans les conditions ci-dessus de paramétrer une température de moule relativement basse, une épaisseur de la couche de revêtement de moule relativement grande, et une quantité de bentonite un peu plus. Cependant, la formation de larges creux 66 dépend également d'autres conditions diverses, la température du moule 61, l'épaisseur de la couche de revêtement de moule 62, la quantité de bentonite ne peuvent pas être spécifiquement définies. Ainsi, pour obtenir de larges creux 66, la température du moule, l'épaisseur de la couche de revêtement de moule, et la quantité de bentonite peuvent être déterminées par expérience préliminaire ou similaire. Il est à noter que dans le cas où il n'y a pratiquement pas de creux sur une couche de revêtement de moule 62 après séchage, la surface de la couche de revêtement de moule 62 peut servir de surface inférieure F présentant une surface approximativement plane.
La couche de revêtement de moule 62 ainsi obtenue peut présenter une surface comportant des fissures 65 en forme de maille. Cela permet de fabriquer un élément à insérer présentant des portions saillantes 3 en forme de maille.
En revenant à la figure 15D, il est représenté un schéma conceptuel de l'étape au cours de laquelle le métal fondu 43 de fonte est versé dans le moule 61 par dessus la couche de revêtement de moule 62, et le coulage centrifuge est réalisé pendant la rotation du moule 61 dans la direction constante r. Comme sur la figure 15B, le métal fondu 43 peut être versé à l'intérieur du cylindre en utilisant un dispositif d'alimentation en métal fondu, tel qu'un bec, tout en faisant tourner le moule 61. En faisant tourner le moule 61, la force centrifuge amène le métal fondu 43 à s'écouler également dans les fissures 65 de la couche de revêtement de moule 62. Ainsi, des portions saillantes 3 souhaitées en forme de maille peuvent être formées sur la surface de l'élément à insérer 11 ou 48.
La figure 15E est un schéma conceptuel de l'étape de solidification du métal fondu de fonte. Le métal fondu 43 de fonte est refroidi de l'extérieur du moule 61 et solidifié pour obtenir une pièce moulée 44 présentant la forme de l'élément à insérer. Le métal fondu est versé dans le moule et moulé par coulée, et le métal coulé peut être refroidi et solidifié naturellement. Après la solidification du métal fondu, la rotation du moule est arrêtée.
La figure 15F est un schéma conceptuel illustrant l'étape de retrait, hors du moule 61, de la pièce moulée 44 sous la forme de l'élément à insérer. Le procédé d'extraction de la pièce moulée, hors du moule 61, n'est pas particulièrement limité mais est choisi en fonction de la forme du moule. Par exemple, dans le cas d'un moule cylindrique, la pièce moulée 44 peut être extraite du moule 61 en fixant un mandrin à une partie de la surface périphérique intérieure de la pièce moulée 44 et en le tirant dans le sens de la flèche 45 sur la figure 15F.
La figure 15G est un schéma conceptuel illustrant une étape dans laquelle la couche de revêtement de moule 62 va être retirée de la pièce moulée 44 extraite du moule 61. La couche de revêtement de moule 62 peut être fixée à la surface de la pièce moulée 44 extraite du moule. Le procédé d'extraction de la couche de revêtement de moule 62 de la pièce moulée 44 n'est pas particulièrement limité. Parmi les exemples de ce procédé figurent le nettoyage par grenaillage, le nettoyage au jet d’eau, et le nettoyage cryogénique.
La figure 15H illustre un élément à insérer 48 après que la couche de revêtement de moule 62 ait été retirée de la pièce moulée 44. La couche de revêtement de moule solidifiée est retirée de la pièce moulée 44 de sorte à obtenir l'élément à insérer 48 comportant des portions saillantes 3 en forme de maille sur la surface.
La figure 17 est un schéma illustrant un élément à insérer 11 ou 48 formé avec la couche de revêtement de moule 62 illustrée sur la figure 16D. Des portions saillantes 3, une portion protubérante distincte 5a, et une surface de fond convexe C sont formées en correspondance avec les formes des fissures 65 et d’un creux 67.
La présente invention permet de former des portions saillantes dans des formes spécifiées avec des hauteurs qui ne peuvent pas être obtenues par des procédés de fabrication conventionnels, sur la surface 11s, à laquelle le métal coulé doit être lié, d'un élément à insérer. Cela permet d'obtenir une force d'adhérence élevée sur l'aluminium 12 utilisé pour la coulée composite. L'élément à insérer 11, 48 selon la présente invention est également applicable à des éléments autres que des pièces coulissantes, présentant une rigidité élevée et des transferts de chaleur, une dissipation thermique, et une conductivité thermique excellents, par exemple, un élément d'insertion dans une pièce sur laquelle agit un couple de rotation, comme un tambour de frein en aluminium, un moyeu de roue en aluminium coulé sous pression pour motos, et un tourillon dans un système de transmission comportant un moteur électrique.
L'élément à insérer ainsi obtenu peut être inséré, par exemple, dans de l'aluminium ou un autre matériau, par exemple, par un procédé de coulage sous pression afin de fournir un élément d'insertion. Les conditions d’injection d’aluminium ou d’autres matériaux ne sont pas particulièrement limitées, mais par exemple, pour ADC12, ADC10, ou ADC3, le métal fondu peut être versé entre 620 et 670 °C, et le moulage peut être réalisé avec une pression d'injection comprise entre 50 et 100 MPa à une vitesse d'injection comprise entre 1,5 et 4,0 m/seconde.
Étant donné que l'élément à insérer selon la présente invention comporte les portions saillantes 3 comprenant les portions linéaires 31 et les portions de jonction 32 sur la surface 11s à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite, l'élément à insérer a une plus grande surface pour être en contact avec le métal coulé utilisé pour la coulée composite que ceux des cas conventionnels, ce qui améliore efficacement le transfert de chaleur et la dissipation thermique. Dans le cas où l'élément à insérer présente des portions saillantes 3a dans les formes en coupe transversale du premier mode, le métal utilisé pour la coulée composite pénètre dans ces parties, ce qui améliore la force d'adhérence, réduit les risques d’écarts entre l'élément à insérer et le métal coulé, et améliore la conductivité thermique au métal coulé. En outre, par exemple, dans le cas où les portions saillantes présentent une structure isotrope en forme de maille, les portions saillantes exercent un effet de nervures de renfort, permettant de contribuer à la dispersion et à la réduction des contraintes générées par la force externe provenant de diverses directions. Par exemple, lorsque l'élément à insérer est un manchon de cylindre, le module spécifique dans la direction radiale de l'alésage ou dans la direction axiale peut être amélioré, et ainsi, une déformation de l'élément d'insertion peut être empêchée. Cela permet de réduire l'épaisseur et le poids du manchon de cylindre tout en conservant la même rigidité. En outre, dans le cas où les formes des portions saillantes 3b sont présentes dans le deuxième mode, lorsque de l'aluminium fondu est rempli entre les alésages, notamment lors du coulage sous pression d'un bloc-cylindres à plusieurs cylindres ; étant donné que les hauteurs des portions saillantes sont différentes de manière aléatoire, il existe inévitablement des parties au niveau desquelles des portions saillantes basses se font face. Cela facilite le passage du métal fondu entre les portions saillantes ou entre les alésages, améliorant ainsi les propriétés de remplissage du métal fondu. Cet effet est remarquable par rapport aux techniques classiques dans lesquelles les hauteurs des portions saillantes sont uniformes. De plus, cela permet de réduire le pas d'alésage par rapport aux techniques conventionnelles et ainsi, de réduire la taille du moteur.
Une description est ensuite fournie pour l'effet de dispersion et de réduction de la contrainte générée au niveau de l'interface de la coulée composite, dans un élément d'insertion dans lequel un élément à insérer 11 selon le présent mode de réalisation est inséré dans de l'aluminium ou similaire par coulée composite. Les figures 18A à 18D permettent d'expliquer les contraintes générées au niveau de l'interface entre un manchon et du métal coulé dans un bloc-cylindres dans le cas où un élément à insérer 11 est le manchon de cylindre qui est inséré dans le bloc-cylindres du moteur par coulée composite. La figure 18A est un schéma illustrant schématiquement un manchon de cylindre 11 présentant des portions saillantes 3 sur la surface et de l'aluminium 12 utilisé pour la coulée composite. La figure 18B est une vue agrandie de la partie X sur la figure 18A. Dans le mode illustré sur la figure 18B, une portion protubérante séparée en forme de broche ou une surface inférieure concave n'existe pas dans une cellule composée de portions saillantes 3. Ce symbole τι indique la contrainte de cisaillement générée lorsqu'une culasse est fixée au manchon de cylindre 11, au niveau de l'interface (interface de coulée composite) entre l'élément à insérer et le métal, tel que de l'aluminium. Le symbole Ot indique la contrainte de compression générée lorsque le manchon de cylindre 11 est inséré dans de l'aluminium 12 par coulée composite.
La figure 18C est un schéma illustrant une interface de coulée composite d'un autre manchon de cylindre inséré dans un bloc-cylindres de moteur comme sur la figure 18A, présentant une structure de surface selon le premier mode de réalisation de la présente invention. Dans un mode illustré sur la figure 18C, des portions protubérantes séparées 5a en forme de broches effilées et des portions protubérantes séparées 5b en forme de demi-dômes sont présentes dans des cellules composées de/délimitées par des portions saillantes 3. Le symbole τ2 indique la contrainte de cisaillement générée au niveau de l’interface de coulée composite lorsqu’une culasse est fixée sur le manchon de cylindre 11. En comparant la valeur de la contrainte de cisaillement τ2 avec la valeur de la contrainte de cisaillement τι sur la figure 18B, τ2 < τι. L'existence de portions protubérantes séparées réduit la contrainte de cisaillement générée au niveau de l'interface de coulée composite.
La figure 18D est un schéma illustrant une interface de coulée composite d'encore un autre manchon de cylindre inséré dans un bloc-cylindres de moteur comme sur la figure 18A, présentant une structure de surface selon le deuxième mode de réalisation de la présente invention. Dans un mode illustré sur la figure 18D, les cellules composées de/délimitées par des portions saillantes 3 présentent une structure de surface convexe dans laquelle la surface inférieure gonfle vers le côté de la surface périphérique extérieure du manchon de cylindre 11. Le symbole σ2 indique la contrainte de compression générée lorsque le manchon de cylindre 11 est inséré dans de l'aluminium 12 par coulée composite. En comparant la valeur de la contrainte de compression σ2 avec la valeur de la contrainte de compression στ sur la figure 18B, σ2 < σ,. La surface inférieure (surface de fond) en forme de surface convexe réduit les contraintes de compression.
Comme décrit ci-dessus, dans le cas d'utilisation d'un élément à insérer comprenant des saillies séparées 5a, 5b en forme de broches selon un mode de réalisation de la présente invention, dans un bloc-cylindres de moteur, les saillies servent de barrières contre une charge de cisaillement ou de compression exercée sur l’interface de coulée composite et dispersent et réduisent les contraintes de cisaillement générées au niveau de la zone d’interface de la coulée composite. Ceci réduit la quantité de distorsion dans l'élément d'insertion et réduit ainsi la déformation de la forme. De plus, dans le cas de l'utilisation d'un élément à insérer présentant une surface inférieure avec une structure de surface convexe, la rigidité de surface de la surface de fond de la cellule s'améliore. Ceci améliore toute la rigidité de l'élément à insérer, réduisant la déformation de l'alésage s'il s'agit d'un manchon et permettant de réduire davantage l'épaisseur du manchon. De plus, cela améliore les propriétés d’amortissement des vibrations et permet d’obtenir davantage de silence/tranquillité (en fonctionnement).
Ensuite, la série des figures 19A, 19B, 19C, 19d permet d'expliquer les contraintes générées au niveau de l'interface de coulée composite d'un manchon, dans le cas où l'élément à insérer 11 est un manchon qui est un élément coulissant inséré dans un frein à tambour par coulée composite et configuré pour être en contact avec les sabots de frein 14. La figure 19A est un schéma en coupe transversale illustrant schématiquement un manchon 11 comprenant des portions saillantes 3 sur sa surface, de l'aluminium 12 utilisé pour la coulée composite, et des sabots de frein 14 situés à l'intérieur de ces pièces. Sur la figure 19A, N indique une charge de freinage, et r indique le sens de rotation de la roue. La figure 19B est une vue agrandie de la partie Y sur la figure 19A. Dans un mode illustré sur la figure 19B, une portion protubérante séparée en forme de broche ou une surface de fond renflée/bombée C n'existe pas dans des cellules composées de portions saillantes 3. Le symbole τι indique la contrainte de cisaillement générée dans l'interface de coulée composite du manchon 11 au moment où la charge de freinage N agit sur le frein à tambour tournant dans le sens r. Le symbole Ot indique la contrainte de compression générée lorsque le manchon 11 est inséré dans de l'aluminium 12 par coulée composite. La flèche indiquée par O indique la direction de la surface périphérique extérieure du manchon 11 ; la flèche indiquée par t indique le sens du couple de rotation.
La figure 19C est un schéma illustrant une interface de coulée composite d'un autre manchon inséré dans un frein à tambour similaire à celui de la figure 19A et présentant une structure de surface selon le premier mode de réalisation de la présente invention. Dans un mode illustré sur la figure 19C, des portions protubérantes séparées 5a en forme de broches effilées et des portions protubérantes séparées 5b en formes de demi-dômes sont présentes dans des cellules composées de portions saillantes 3. Le symbole τ3 indique la contrainte de cisaillement générée dans l'interface de coulée composite du manchon 11 au moment où la charge de freinage N agit sur le frein à tambour tournant dans le sens r. En comparant la valeur de la contrainte de cisaillement τ2 avec la valeur de la contrainte de cisaillement τι sur la figure 19B, τ2 < τρ L'existence de portions protubérantes séparées 5a, 5b réduit la contrainte de cisaillement générée au niveau de l'interface de coulée composite.
La figure 19D est un schéma illustrant une interface de coulée composite d'encore un autre manchon inséré dans un frein à tambour similaire à celui de la figure 19A et présentant une structure de surface selon le deuxième mode de réalisation de la présente invention. Dans un mode illustré sur la figure 19D, les cellules composées de/délimitées par les portions saillantes 3 présentent des structures de surface convexe dans lesquelles la surface de fond du manchon gonfle vers le côté de la surface périphérique extérieure. Le symbole σ2 indique la contrainte de compression générée lorsque le manchon de cylindre 11 est inséré dans de l'aluminium 12 par coulée composite. En comparant la valeur de la contrainte de compression σ2 avec la valeur de la contrainte de compression Ot sur la figure 19B, σ2<σ1. La surface inférieure en forme de surface convexe C (ou surface renflée) réduit les contraintes de compression. Cela réduit les déformations locales du manchon 11, stabilise la valeur μ (coefficient de frottement) et réduit le grincement des freins.
Comme décrit ci-dessus, l'utilisation d'un élément à insérer 11 selon les modes de réalisation de la présente invention pour un frein à tambour permet de réduire les vibrations d'un élément d'insertion rotatif et de stabiliser le coefficient de frottement et les caractéristiques de freinage, en plus de l'effet décrit avec référence aux figures 18A-18D ci-dessus.
Exemples pratiques
Ci-après, on décrira la présente invention de façon plus détaillée à l'aide d'exemples (cas pratiques). Cependant, les exemples suivants n'ont pas pour but de limiter la présente invention.
Les éléments à insérer selon les premier et deuxième modes de réalisation de la présente invention ont été fabriqués par un procédé décrit dans le troisième mode de réalisation. Dans les Exemples 1 et 2, des éléments à insérer 11 selon le premier mode de réalisation ont été fabriqués, et dans les Exemples 3 et 4, des éléments à insérer 11 selon le deuxième mode de réalisation ont été fabriqués. Les conditions de fabrication sont indiquées 5 dans le Tableau 1.
Tableau 1
Température du moule /°C Épaisseur de la couche de revêtement de moule / mm Rapport de mélange de bentonite / % en masse
Exemple 1 155 1 10
Exemple 2 160 1 10
Exemple 3 135 1,5 11
Exemple 4 130 2 9,5
La figure 11 représente une photographie au microscope électronique d'un élément à insérer obtenu dans l'Exemple 1. On peut reconnaître visuellement que des portions 10 protubérantes séparées 5a en forme de broches effilées ont été formées dans des cellules en plus des portions saillantes 3 en forme de maille. La figure 20 présente une photographie au microscope électronique d'un élément à insérer obtenu dans l'Exemple 2. L'échelle sur la figure indique 500 pm. On peut reconnaître visuellement que des portions protubérantes séparées 5b en demi-dômes ont été formées dans des cellules. II est à noter que toutes les 15 flèches indiquent des portions protubérantes séparées 5b en formes de demi-dômes.
La figure 14 présente une photographie au microscope électronique d'un élément à insérer 11 obtenu dans l'Exemple 3. On peut reconnaître visuellement sur la figure 14 qu'une surface inférieure C est une surface convexe bombée dans la direction périphérique extérieure de la surface à laquelle le métal coulé doit être lié par coulée composite. La figure présente une photographie au microscope électronique d'une coupe transversale d'un élément à insérer 11 obtenu à l'Exemple 4. L'échelle sur la figure indique 500 pm. En outre, sur la figure 21, il est clairement reconnu visuellement, à partir de la vue en coupe, que la surface inférieure ou surface de fond C est une surface convexe.
Les caractéristiques des éléments à insérer dans les Exemples 1 à 4 ont été évaluées, et il a été confirmé que tous les éléments 11 avaient le même effet que celui décrit en référence aux figures 18A-18D, autrement dit, l'effet de la dispersion et de la réduction de la contrainte de cisaillement générée au niveau de la zone d'interface de la coulée composite. De plus, la rigidité de chaque élément à insérer 11 dans son ensemble a été améliorée, et la 10 déformation de l'alésage a été réduite.
Application industrielle
Les éléments à insérer 11, 48 selon la présente invention peuvent être notamment appliqués de manière appropriée à des manchons de cylindre à insérer dans un bloc-cylindres (B/C) par coulage sous pression en aluminium, un élément coulissant pour 15 frein à tambour en aluminium, des éléments de support pour un moteur électrique, un carter inférieur, et un carter de transmission, en outre, des moyeux pour roues de moto, et analogues, qui sont tous des éléments à insérer qui doivent présenter des caractéristiques BVD, comme la propriété d’amortissement des vibrations.

Claims (10)

  1. Revendications
    1. Élément à insérer (11 ; 48) comprenant, sur une surface (11s) à laquelle le métal coulé (43) doit être lié par coulée composite :
    une portion saillante (3) de forme maillée ;
    des surfaces de fond (C, F) entourées par la portion saillante (3) ; et une portion protubérante séparée (5a, 5b) ;
    dans lequel la portion saillante (3) comprend une partie supérieure (4) et une portion de paroi verticale (7) s'étendant depuis le niveau des surfaces de fond (F), la largeur (L4) de la partie supérieure (4) est supérieure à la largeur (L7) de la portion de paroi verticale (7), au moins certaines des surfaces de fond (F) sont approximativement planes, la portion protubérante séparée (5a, 5b) présente une forme de broche s'étendant depuis au moins certaines des surfaces de fond (F), et lorsque la portion saillante (3) de forme maillée est supposée projetée sur un plan, la portion saillante forme des portions linéaires (31a, 31b, 31c, 31 d, 31e) et une portion de jonction (32a, 32b, 32c, 32d) dans laquelle au moins deux des portions linéaires fusionnent.
  2. 2. Élément à insérer (11 ; 48) comprenant, sur une surface (11s) à laquelle le métal coulé (43) doit être lié par coulée composite :
    une portion saillante de forme maillée ; et des surfaces de fond (C, F) entourées par la portion saillante, dans lequel la portion saillante comprend une partie supérieure (4) et une portion de paroi verticale (7) s'étendant depuis le niveau des surfaces de fond (F), la largeur (L4) de la partie supérieure (4) est supérieure à la largeur (L7) de la portion de paroi verticale (7), au moins certaines des surfaces de fond sont des surfaces convexes (C) bombées dans une direction périphérique extérieure de la surface (11s) à laquelle le métal coulé (43) doit être lié par coulée composite, et lorsque la portion saillante (3) de forme maillée est supposée projetée sur un plan, la portion saillante forme des portions linéaires (31a, 31b, 31c, 31 d, 31e) et une portion de jonction (32a, 32b, 32c, 32d) dans laquelle au moins deux des portions linéaires fusionnent.
  3. 3. Élément à insérer (11 ; 48) comprenant, sur une surface (11s) à laquelle le métal coulé (43) doit être lié par coulée composite :
    une portion saillante (3) de forme maillée ;
    des surfaces de fond (C, F) entourées par la portion saillante (3) ; et une portion protubérante séparée (5a, 5b) ;
    dans lequel la portion saillante (3) comprend une portion de paroi verticale (7) s'étendant depuis le niveau des surfaces de fond (F) et présentant des hauteurs différentes de manière aléatoire, au moins certaines des surfaces de fond (F) sont approximativement planes, la portion protubérante séparée (5a, 5b) présente une forme de broche s'étendant depuis au moins certaines des surfaces de fond (F), et lorsque la portion saillante (3) de forme maillée est supposée projetée sur un plan, la portion saillante forme des portions linéaires (31a, 31b, 31c, 31 d, 31e) et une portion de jonction (32a, 32b, 32c, 32d) dans laquelle au moins deux des portions linéaires fusionnent.
  4. 4. Élément à insérer (11 ; 48) comprenant, sur une surface (11s) à laquelle le métal coulé (43) doit être lié par coulée composite :
    une portion saillante (3) de forme maillée ; et des surfaces de fond (C, F) entourées par la portion saillante (3) ;
    dans lequel la portion saillante (3) comprend une portion de paroi verticale (7) s'étendant depuis le niveau des surfaces de fond (F) et présentant des hauteurs différentes de manière aléatoire, au moins certaines des surfaces de fond sont des surfaces convexes (C) bombées dans une direction périphérique extérieure de la surface (11s) à laquelle le métal coulé (43) doit être lié par coulée composite, et lorsque la portion saillante (3) de forme maillée est supposée projetée sur un plan plat, la portion saillante forme des portions linéaires (31a, 31b, 31c, 31 d, 31e) et une portion de jonction (32a, 32b, 32c, 32d) dans laquelle au moins deux des portions linéaires fusionnent.
  5. 5. Élément à insérer selon la revendication 2 ou la revendication 4, dans lequel une surface de fond déterminée qui constitue une surface convexe (C) comprend une portion protubérante séparée (5a, 5b) en forme de broche s'étendant à partir de ladite surface de fond déterminée.
  6. 6. Élément à insérer selon l'une quelconque des revendications 1,3 et 5, dans lequel la portion protubérante séparée (5a, 5b) en forme de broche est (a) une portion protubérante (5a) en forme de broche effilée dans laquelle le diamètre d'une extrémité distale de la portion protubérante est inférieur au diamètre (R5a) d’une base de la portion saillante et a une hauteur (h5a) comprise entre 0,1 mm et 0,5 mm, et/ou (b) une portion protubérante (5b) présentant une forme en demi-dôme.
  7. 7. Procédé de fabrication d'un élément à insérer (11 ; 48), comprenant les étapes consistant à :
    appliquer un agent de revêtement de moule sur une surface (60) d'un moule (61 ), du côté de laquelle du métal fondu (43) doit être versé ;
    former une couche de revêtement de moule (62) en une forme avec des fissures (65) et des creux (67) sur une surface de la couche de revêtement de moule (62) en séchant l'agent de revêtement de moule appliqué ; et effectuer une coulée en versant le métal fondu (43) sur la couche de revêtement de moule (62) tout en faisant tourner le moule (61), dans lequel les fissures (65) comprennent des écarts multiples s'étendant depuis la surface de la couche de revêtement de moule et atteignant une surface (60) du moule (61), les largeurs des écarts diminuent depuis la surface de la couche de revêtement de moule (62) en direction de la surface (60) du moule (61), au moins certains des écarts s'étendent le long de la surface (60) du moule (61), et les creux (67) présentent une forme de broche qui n'atteint pas la surface (60) du moule (61).
  8. 8. Procédé de fabrication d'un élément à insérer (11 ; 48), comprenant les étapes consistant à :
    appliquer un agent de revêtement de moule sur une surface (60) d'un moule (61 ), du côté de laquelle du métal fondu (43) doit être versé ;
    former une couche de revêtement de moule (62) en une forme avec des fissures (65) sur une surface de la couche de revêtement de moule en séchant l'agent de revêtement de moule appliqué ; et effectuer une coulée en versant le métal fondu (43) sur la couche de revêtement de moule (62) tout en faisant tourner le moule (61), dans lequel les fissures (65) comprennent des écarts multiples s'étendant depuis la surface de la couche de revêtement de moule (62) jusqu’à une surface (60) du moule (61), les largeurs des écarts diminuent depuis la surface de la couche de revêtement de moule (62) en direction de la surface (60) du moule (61), certains des écarts s'étendent le long de la surface (60) du moule (61), et des parties centrales d'au moins certaines des parties définies par les fissures (65) dans la couche de revêtement de moule (62) sont en retrait par rapport aux environs entourant ces parties centrales.
  9. 9. Procédé de fabrication d'un élément à insérer (11 ; 48), comprenant les étapes consistant à :
    appliquer un agent de revêtement de moule sur une surface (60) d'un moule (61 ), du côté de laquelle du métal fondu (43) doit être versé ;
    former une couche de revêtement de moule (62) en une forme avec des fissures (65) et des creux (67) sur une surface de la couche de revêtement de moule en séchant l'agent de revêtement de moule appliqué ; et effectuer une coulée en versant le métal fondu (43) sur la couche de revêtement de moule (62) tout en faisant tourner le moule (61), dans lequel les fissures (65) comprennent des écarts multiples s'étendant depuis la surface de la couche de revêtement de moule en direction d'une surface (60) du moule (61), les largeurs des écarts diminuent de la surface de la couche de revêtement de moule vers la surface (60) du moule (61), les profondeurs des écarts diffèrent de manière aléatoire, et les creux (67) présentent une forme de broche qui n'atteint pas la surface (60) du moule (61).
  10. 10. Procédé de fabrication d'un élément à insérer (11 ; 48), comprenant les étapes consistant à :
    appliquer un agent de revêtement de moule sur une surface (60) d'un moule (61 ), du côté de laquelle du métal fondu (43) doit être versé ;
    former une couche de revêtement de moule (62) en une forme avec des fissures (65) sur une surface de la couche de revêtement de moule en séchant l'agent de revêtement de moule appliqué ; et effectuer une coulée en versant le métal fondu (43) sur la couche de revêtement de moule (62) tout en faisant tourner le moule (61), dans lequel les fissures (65) comprennent des écarts multiples s'étendant depuis la surface de la couche de revêtement de moule en direction d'une surface (60) du moule (61),
    5 les largeurs des écarts diminuent depuis la surface de la couche de revêtement de moule en direction de la surface (60) du moule (61), les profondeurs des écarts diffèrent de manière aléatoire, et des parties centrales d'au moins certaines des parties définies par les fissures (65) dans la couche de revêtement de moule (62) sont en retrait par rapport aux environs 10 entourant ces parties centrales.
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