[Pistons] Coulés, forgés ou usinés?

Les pistons coulés

Le principe est simple. On utilise un moule où l’on coule (ou injecte) de l’alliage en fusion. Plusieurs types d’alliage peuvent être utilisés. Ces différentes nuances d’alliage permettent des coefficients de dilatation, de frottement et de poids différents. La principale nuance utilisée est : AS12UNG (12 % de silicium). La conductivité des alliages légers est 4 fois supérieure aux métaux ferreux. Des inserts en acier sont parfois incorporés dans la fonderie. Ils permettent de modifier la résistance et la dilatation. Cette méthode est surtout utilisée en grande série, principalement en automobile et en poids lourd. Le « brut » est ensuite usiné sur une machine spécifique car un piston n’est pas rond. Il est en effet conique et elliptique. La partie près de la chambre (calotte) étant soumise à des températures plus importantes que la partie basse, qui elle est refroidie par le lubrifiant. La calotte est donc de diamètre plus petit que la jupe (0,4 a 0,5 mm), c’est le cône, ou tonneau.

La partie perpendiculairement opposée à l’axe (frottement) est plus petite que l’autre (0,5mm au niveau de la jupe), c’est l’ovale. Lorsque le piston a pris sa température de fonctionnement il devient alors rond. C’est une des raisons pour laquelle il faut ‘chauffer’ son moteur avant de lui demander le maximum.





Les pistons forgés

Cette méthode de fabrication est la plus prisée des constructeurs ou préparateurs pour les moteurs performants. Pour mieux comprendre le système, imaginons que le bloc d’alliage soit remplacé par un bloc de pâte à modeler. On presse cette pâte dans un cylindre conique, puis une forme interne pénètre à l’intérieur sous une forte pression. La forme interne se retire laissant au piston sa forme définitive intérieure.

Ce procédé de fabrication permet à la matière d’être la plus homogène possible. La matière utilisée est le : AU2GN (2618A ouT6). Le bloc initial est porté à température élevée, les molécules sont ainsi ‘tassées’ et les ’fibres’ de la matière suivent les formes de la pièce. Ce qui lui confère une résistance supérieure et un poids moindre. Après l’opération de forgeage, le brut est trempé puis recuit. Il est ensuite usiné suivant la même méthode précédemment décrite.

Pour reconnaître un piston forgé, il suffit de le retourner et d’observer le fond du piston. Pas de trace de moulage (à chaque endroit où les coquilles s’unissent on observe une ‘couture’). Le fond d’un piston forgé ne peut avoir de recoin, sauf s'il a été usiné (portées ou allègements).
Une question nous est souvent posée sur la facilité qu’aurait un piston forgé à plus serrer qu’un piston coulé. Si tant de constructeurs ont opté pour le piston forgé c’est surtout pour sa plus grande résistance. Il faut avant tout respecter les tolérances de fonctionnement données par le fabricant du piston. Ces tolérances changent en fonction de la matière, de la forme (usinage de la jupe) et de la qualité de graissage. Il faut également prendre en compte la matière du cylindre, fonte, alu chemisé, alu traité (nikasil ou autre) et si le moteur est refroidi par air, par huile (système Suzuki) ou par eau. Suivant l’utilisation on pourra augmenter de quelques centièmes le jeu de fonctionnement.
Un piston Wiseco pour une Ducati 900 SS aura un jeu de 0,05 mm, alors qu’avec un piston Omega le jeu sera de 0,10 mm.

Pour un même piston il y avoir plusieurs jeux de fonctionnement possibles suivant la matière ou le revêtement du cylindre...

Un des principaux attraits du piston forgé est sa grande résistance aux vitesses linéaires importantes.
On considère que la vitesse linéaire maxi d’un piston forgé se situe à 24 m/s. Plus la course d’un moteur est importante, plus sa vitesse linéaire (à un régime donné) sera grande.

Toutes les indications ne sont pas toujours fournies, ou souvent mal interprétées d’où certaines rumeurs sur les pistons forgés...

Les pistons usinés

On part d’un bloc d’alliage (forgé) et le piston est entièrement taillé dans la masse. Cette méthode est la plus coûteuse, et n’est donc pas retenue pour la série. Elle est par contre celle qui est utilisée actuellement pour la formule 1 et la moto GP. L’usinage est confié à un tour à commande numérique.

Devant un tel engouement à propos de cet article, je me dois de continuer ....



Alors, ni une ni deux, je plonge la main dans mon container à piston et je ressors:

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Alors?

On fait moins les malins...



Au premier plan, de gauche à droite, 3 générations de pistons pour Aprilia 125 (le plus récent à droite), au deuxième plan, toujours de gauche à droite, 3 pistons pour Honda 125, bombé, semi-bombé, et plat.

Après le moment de solitude que vous venez de passer, intéressons-nous au piston d'Aprilia.

Moulé, forgé, usiné?

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L'article plus haut donne la réponse; facile!

Un piston, c'est un objet très complexe; complètement strié radialement, pour diminuer les frottements et accrocher le film d'huile. Notez la faible épaisseur du segment unique (7/10 en général) et les passages d'huile.

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Vu de dessus, on remarquera une carburation un poil trop riche, les zones blanches dues à la détonation et la zone de l'échappement qui commence à se salir.

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L'alésage de l'axe de piston révèle deux passages d'huile usinés.

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Grosso-modo, je prends quelques mesures; à la calotte...

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Au dessus de l'axe...

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Et à la jupe.

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On voit que c'est loin d'être un cylindre parfait.
Par contre, peu de différence entre une mesure dans l'axe du piston et une autre perpendiculaire...

A suivre.

PS: Faîtes attention, interrogation surprise possible...

Marc a écrit:

Moulé, forgé, usiné?

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Piston moulé, sur une Aprilia de compet?



Pourtant elle a la vie difficile cette petite chose.

Pourquoi on nous vend des pistons forgés pour nos routières si un piston de course peut être moulé?

Merci pour l'article.

Oulà.......

Je vois que ça déchaîne les passions!



Donc je continue, avec:

Piston forgé à gauche (revêtement graphite), piston coulé d'origine à droite (Tmax 500)

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Piston Mahle de F1 :

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je vois sur un piston que t'aimes bien leur faire prendre le frais^^

Et moi je vois que tu t'intéresses à la mécanique........ et ça m'arrange car ça n'en parle pas beaucoup ici!

N'étant qu'un humble webmaster et n'ayant pas les compétences nécessaires, je compte donc sur toi pour nous faire des topos intéressants!

merci pour ta réponse, mais je ne penses pas être à la hauteur,, :|

j'ai déjà passé du temps sur d'autre forum pour reprendre les bases,, mais le souci c'est qu'on ce rend compte trés vite que les "internautes" soit disant fan de deux temps et mécanos sont de vrai branleur, alors ça dégoute avec le temps,,

si tu penses que des topics trés basiques sont les bienvenues, pourquoi pas.

un bonne équilibrage vilo par exemple?
les mesures de r/v?
squich?
pré¬compression?

ça a ça place ici?

désolé du HS...

Mais oui, tout à sa place ici.

Je sais qu'il y a d'autres forums bien plus fournis sur la mécanique 2 temps (à commencer par celui de Stéphane) mais un bon rappel des bases, mêlé aux expériences en compétition serait assez intéressant.

oui,, y a aussi du vent entre forum amerloc et frenchy sur celui là. :|

pourquoi ne pas faire du basique efficasse!!!

si temps dispo j'attaque ça.
bonne soirée.

eric² a écrit:

les "internautes" soit disant fan de deux temps et mécanos sont de vrai branleurs,

Nous ne sommes pas tous comme sa mon petit Matou

Jolis les Pistons Aprilia, ça faisait un petit moment que je n'en avais pas vu. Une partie de leurs différentes particularités peuvent être adaptés à d'autres.

oui philou,, mais pour beaucoup à qui j'ai consacré du temps c'est ce qui s'en revele...

heureux de t'avoir comme inscrit,,

Marc a écrit:

Les pistons forgés

Ce procédé de fabrication permet à la matière d’être la plus homogène possible. La matière utilisée est le : AU2GN (2618A ouT6). Le bloc initial est porté à température élevée, les molécules sont ainsi ‘tassées’ et les ’fibres’ de la matière suivent les formes de la pièce. Ce qui lui confère une résistance supérieure et un poids moindre. Après l’opération de forgeage, le brut est trempé puis recuit. Il est ensuite usiné suivant la même méthode précédemment décrite.

Ceci s'appelle l'écrouissage en terme technique.

(je me permet d'apporter cette petite précision, peut être pas indispensable, mais sait on jamais....)

En faite pour comprendre ce qu'il se passe: on obtient le même effet lorsque l'on martèle une pièce en métal. Grosso modo la matière se tasse et devient plus dur en surface sur une faible épaisseur.


Par contre là ou ça m'étonne c'est que les piston GP ou F1 soient usinés à partir d'un brut forgé....
parce que selon ce que je sais, lors d'un forgeage, les fibres de la matière vont suivre la forme du piston , ce qui va le rendre plus résistant.
Mais sur un piston usiné, les fibres resterons orienter longitudinalement au brut usiné, et donc ne favoriserons pas la résistance du piston dans l'ensemble des directions de travail...??

Alors est ce que les usines font ça pour réduire les coûts?? car il faudrait refaire des matrices à chaque changement sur le dessin du piston... ou il y a t'il un paramètre que je n'ai pas pris en compte...??

le paramètre pas pris en compte c'est que l'insert en céramique va pas trop encaisser les qq tonnes appliquées au forgeage

Citation :

l'insert en céramique

Photos ? intérêt ?

il y a même des infos ... Denver = Wiseco pour ceux qui ....

Effectivement, il semblerait que ce type de piston ait une calotte en céramique. (évidemment, c'est moins forgeable d'un coup... )

J'ai trouvé ce petit justificatif:

"-le piston : il doit posséder des quantités contradictoires. Il doit posséder des qualités de résistance mécanique et de résistance thermique. Ces propriétés ne sont pas faciles à obtenir simultanément. La résistance mécanique doit faire appel à des alliages métalliques, mes ces alliages sont sensibles à la dilatation. La résistance thermique s'obtient avec des matériaux plutôt proches de la céramique qui, je vous le rappelle, ne conduit pas la chaleur et possède des propriétés isolantes. Le problème des céramiques repose sur leur faible résistance aux efforts mécaniques (elle casse et se fend en cas de gros choc).
Il faut donc un matériau se dilatant peu, évacuant la chaleur, résistant aux efforts mécaniques et aux fortes accélérations/ralentissement lors du passage des points mort haut et point mort bas. Certains se sont essayés à la réalisation de pistons en alliage métallique munis d'une calotte (ou tête de piston) en céramique. Idéale sur le papier, cette solution n'a jamais convaincu en raison des difficultés de réaliser un tel piston car la céramique ne se dilate pas, contrairement au reste du piston et les 2 composants se désolidarisent.
Alors dans la pratique, les pistons traditionnels sont réalisés en alliage d'aluminium hypersilicié. Nous avons toujours affaire à un alliage métallique, mais reconnaissons qu'avec un fort taux de silicium, nous nous rapprochons pas mal d'une céramique. Avec ce compromis, la résistance aux efforts mécaniques et thermiques est satisfaisante puisque cette technologie est aujourd'hui retenue par la quasi totalité des constructeurs."

Lors de ma période Mito j'ai grillé une dizaine de pistons (8 forgés et 2 moulés) en 30 000km.. (utilisation trajet / travail, balade, Carole le WE).
Curieusement celui qui a duré le plus etait un moulé... Apres une mise a la retraite méritée, il a meme assez bien tenu un remontage du dimanche soir a l'arrache dans un cylindre qui avait deja beaucoup vécu.
Le genre, "c'etait génial de taxer l'autre bille avec son 900 CBR mais comment je vais aller tafer demain ?"

Comme quoi le moulé, c'est pas si naze...

coucou
très impressionné par cette vidéo
par contre l'ébavurage à la main , c'est pas toujours top, ça m'a valu deux tendons sectionnés + 11 points de suture sur l'index de la main droite suite au dérapage de la pince à jonc en remontant un piston forgé tout neuf .... et sans forcer je vous prie ....
(mais j'ai tout récupéré ma mobilité)

m'en vais partager ça de suite

E.T.

première fois que je poste ici mais je me permet de poster parce que j'ai un gros doute par rapport a un commentaire apporté sur une image ...celle ou vous nous donnez Marc, l'indication que le piston est marqué par la détonation... les seules marques que je vois sont dues au passage des gazs frais et a l'echap' qui "lavent" les zones sans suies et donc, aucun dépot ne peut se faire. Si on regarde bien, on peut tout a fait délimiter le transfert arrière, les latéraux et l'echapement.

Une détonation "brule" le pourtour du piston, principalement sur l'arrière (les 2/3 coté transfert pour etre précis) et rarement, si un probleme moteur (réglage ou autre) surgis, tout le tour du piston.

PS: tout ça, c'est pour du 2 Temps, après, je ne sais pas :)

Oui, tu as raison: les zones blanches n'impliquent pas forcément détonation.
D'après ce que je sais (en fait, ce que l'on m'a dit, mais Stéphane ou Seb ou d'autres pourront en dire beaucoup plus là-dessus), un moteur de course est toujours réglé pour être à la limite de la détonation.
Il s'ensuit donc, pour un moteur réglé au maximum de ses possibilités, comme c'est la cas ici, un léger sablage dans ces zones claires (et/ou, parfois, des zones non-visibles sur la photo, comme au dessus du segment ou sur le haut de cylindre).
Parfois visible sur les photos, parfois non.

Voici une photo du moteur de Louis Rossi, au dernier GP.
Commentaire de Christian Boudinot:"on a un peu de détonation, juste ce qu'il faut".


Je reconnais néanmoins que je ne suis nullement technicien de quoi que ce soit et serait ravi d'en apprendre plus sur le sujet.

Jan Thiel and Frits Overmars, you are very welcome on this board!

:)

Bien vu, le Titi. En voilà un qui a pris son temps avant d'envoyer son premier post : près de 6 mois qu'il est inscrit. Faut pas être timide, mon gars.
Et si tu nous parlais un peu de toi, on a un chapitre exprès pour ça... Tu veux pas essayer?

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Un bel ensemble non!

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Traitement de surface DLC.

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Et pour ceux que la science des frictions fait rêver!

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Marc a écrit:

Oui, tu as raison: les zones blanches n'impliquent pas forcément détonation.
D'après ce que je sais (en fait, ce que l'on m'a dit, mais Stéphane ou Seb ou d'autres pourront en dire beaucoup plus là-dessus), un moteur de course est toujours réglé pour être à la limite de la détonation.
Il s'ensuit donc, pour un moteur réglé au maximum de ses possibilités, comme c'est la cas ici, un léger sablage dans ces zones claires (et/ou, parfois, des zones non-visibles sur la photo, comme au dessus du segment ou sur le haut de cylindre).
Parfois visible sur les photos, parfois non.

Voici une photo du moteur de Louis Rossi, au dernier GP.
Commentaire de Christian Boudinot:"on a un peu de détonation, juste ce qu'il faut".

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Je reconnais néanmoins que je ne suis nullement technicien de quoi que ce soit et serait ravi d'en apprendre plus sur le sujet.

Jan Thiel and Frits Overmars, you are very welcome on this board!

:)

salut tout le monde :)

Effectivement Marc, sur cette photo, on voit que la calotte a comme "moussée", c'est la température élevée de la détonation qui va bruler l'aluminium sur ces zones.

En compétition, on regle toujours la carburation très proche de la détonation parce que c'est avec cette carburation que l'on obtient la plus forte puissance... pour ma part et pour beaucoup de personne que je cotoi, on se donne une moyenne de 4 détonation par kilomètre (ce qui est infime si on compte le nombre de tour que le vilebrequin effectue sur cette meme distance lol). On peut dépasser, mais pas de beaucoup, sinon c'est la roulette russe et le serrage n'est pas loin... puis au dela, le moteur ne marche pas mieux et peut marcher meme moins bien si on détone beaucoup trop.


PS: je vais me présenter de suite :) et ça fait 1 an et demi que je suis inscrit lol

titi a écrit:

En compétition, on regle toujours la carburation très proche de la détonation parce que c'est avec cette carburation que l'on obtient la plus forte puissance... pour ma part et pour beaucoup de personne que je cotoi, on se donne une moyenne de 4 détonation par kilomètre (ce qui est infime si on compte le nombre de tour que le vilebrequin effectue sur cette meme distance lol). On peut dépasser, mais pas de beaucoup, sinon c'est la roulette russe et le serrage n'est pas loin... puis au dela, le moteur ne marche pas mieux et peut marcher meme moins bien si on détone beaucoup trop.

That was Honda-practice, Titi. No wonder they gave up two-strokes .
A well-adjusted Aprilia racer never detonates at full power and the carburation is set without the use of a detonation counter.