Piston forgé vs piston moulé

[Luig 0]

Ce sont les 2 méthodes de fabrication des pistons. Dans le cadre de la fabrication en série, le piston moulé est principalement utilisé tandis que pour les applications nécéssitant des hautes performances ou une fabrication customisée, on va s'orienter vers le forgé.

Piston moulé

Le principe est simple et permet la fabrication en grande série de pistons permettant ainsi un gain de temps et un coût de fabrication inférieur pour les grands constructeurs. La méthode de fabrication est pourtant la plus couteuse à la base car il faut impérativement fabriquer des moules spécifiques mais le gain se fera sur la grande production des pièces en un temps réduit.

L'avantage du piston moulé est que le produit brut sortant du moule nécessite très peu d'usinage pour être prêt à l'emploi.
Grâce aux moules, le concepteur peut contrôler la répartition de chaleur que va subir le piston en définissant les épaisseurs aux endroits souhaité
Il faut savoir que le piston lorsqu'il est froid n'a pas les même dimensions que lorsque le moteur est chaud. En effet, la jupe du piston va subir une dilatation qui va permettre de diminuer le jeu entre piston et cylindre permettant ainsi son bon guidage.

Concrètement, on verse l'alliage d'aluminium et silicone dans un moule en acier relié sous vide. La pièce brute est alors quasi complète et nécessitera très peu de travail comparé au modèle forgé.

Ce procédé de fabrication est reservé exclusivement aux grandes séries (OEM) car cela nécessite de très grosses machines avec des moules bien spécifiques.

Exemple de fabrication d'une pièce moulée

Piston forgé

La forge est l'une des méthode de travail du fer les plus anciennes. Le principe est de chauffer le métal pour qu'il puisse atteindre la température du domaine plastique. On va donc frapper ou presser le métal ce qui va donc modifier sa structure interne.

Si on regarde le métal au microscope, on s'apperçoit qu'il est constitué de grains. En applicant une force, on peut donc compacter ces grains et même leur donner une orientation particulière aux endroits souhaités.
C'est la toute la différence avec la version moulée puisque le métal étant liquide, les grains se structurent naturellements en se refroidissants alors qu'ici on rend la structure plus solide par compactage. On comprend alors pourquoi on peut avoir des pistons plus légers par la forge, puisque pour une même résistance on peut enlever plus de matière.

A l'inverse du piston moulé qui est presque terminé a la sortie du moule, on obtient ici une forme brute qu'il va falloir usiner. Etant donner qu'il va passer dans des outils de coupe, on peut utiliser la même machine pour faire varier les formes ce qui dans l'absolu nécessite moins d'investissement pour le fabriquant mais prendra plus de temps pour la réalisation de la pièce finale.

Pour bien se rendre compte de la différence voici la fabrication d'un piston forgé.

Hypoeutectic, eutectic, hypereutectic

Il s'agit de termes métalurgiques. Cela correspond au pourcentage de silicone présent dans le mélange d'aluminium. Plus il y a de silicone, et moins l'alliage va se dilater.

hypoeutectic : Contient moins de 10% de silicone, autrement dit il est dissoud dans l'aluminium. On a ici la formule la plus solide mais avec la dilatation la plus importante. Ce type de mélange n'est pas utilisé dans le procédé du piston moulé.

Eutectic : Contient environs 12,5 % de silicone. C'est le cas utilisé dans la manufacture de piston moulés.

Hypereutectic : Contient entre 16 et 18% de silicone. On a le piston le moins résistant mais il a des faibles dilatations grâce au nombre important de silicone non dissouds dans l'alliage.

Il faut savoir que lorsqu'un piston se dilate fortement, on va avoir un jeu à froid large entre la jupe et le cylindre. Lorsque le piston est à la température de fonctionnement, le jeu se réduit. L'inconvénient est que le piston va baloter contre le cylindre, ce qui va faire un bruit audible de claquement

Pour cette raison, on utilise les pistons hypereutectic nottament sur des véhicules hauts de gammes ( V12 BMW etc ) qui vont avoir un jeu très faible et donc pas de bruit !
Je suppose aussi que le fait de balotter va engendrer une usure plus rapide du cylindre.

Pistons forgés 4032

Ce type de piston est de type eutectic avec 11% de silicone. Il va permettre d'encaisser des détonnations moyennes sans dommage tout en ayant un jeu de dilatation faible.
Par conséquent, lorsqu'on va choisir un piston forgé pour une " prépa " moteur qui est de type " mild " c a d moyenne, on va utiliser ce type de piston.

Piston forgé 2618

Cet alliage est eutectic avec 2% de silicone. Ce type de piston va encaisser des abus de détonnations beaucoup plus importants sans subir de dommage. On l' utilise pour les pistons des moteurs Diesel.
A cause de la haute dillatation, on va devoir utiliser des montages à jeux élevés. On va entendre le claquement du piston contre le cylindre comme on l'aperçoit sur les 2 videos précédentes.
Ce type d'alliage n'a d'intéret que si le moteur doit tourner sous conditions extrêmes c a d très haute compression ou moteur fortement suralimentés.
Il faut aussi prendre beaucoup de précaution lorsque le moteur est froid, autrement dit il faut le faire chauffer progressivement et en douceur autrement on va provoquer une usure exagérée entre piston et cylindre.

Conclusion

Tout le monde était donc à coté de la plaque lorque la question " qu'est ce qu'un piston forgé " avait été posée.
Il convient aussi de faire le bon choix entre du 4032 et du 2618. En effet, on fera nettement plus de kilomètres avec un piston a jeu serré et par conséquent ce sera une indication à prendre en compte lors de l'élaboration de votre moteur

Petit mot final, heureusement que tout le monde sur le forum n'a pas accès à ces informations