CH662630A5 - Procede de fabrication d'elements de fermeture. - Google Patents
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Description
10 La présente invention concerne un procédé pour fabriquer des moyens de fermeture étanche en matériaux durs, dans lesquels l'êtanchéité est due à la finition précise des moyens de fermeture et non pas à l'interposition d'un moyen d'ètanchéité en matière flexible. Ces moyens de fermeture peuvent être utilisés dans des robinets, 15 des soupapes industrielles et des pompes à injection pour moteurs diesel.
II. Technique antérieure
Des disques de fermeture étanche en matériaux durs et utilisés 20 comme dispositifs de réglage de débit et de coupure de fluide dans des robinets et d'autres moyens semblables sont fabriqués usuellement avec des oxydes ou des silicates d'aluminium frittés meulés à environ 0,2 à 0,4 pm. A cause de cette finition précise, ces disques coopèrent pour former des fermetures étanches capables de régler et 25 de couper le débit de fluide à travers les robinets. De plus, à cause de la résistance des matériaux utilisés, normalement 23 000 N/mm2, ces disques de fermeture étanche connus ont une durée de vie effective allongée et peuvent résister aux corps étrangers, tels que des grains de sable, qui auraient endommagé d'autres moyens d'étanchéité. 30 Pourtant, à cause de la finition précise des surfaces de travail entre les disques de fermeture étanche, ces disques tendent à coller l'un à l'autre, ce qui, sans lubrifiant, augmente la friction entre les disques. Le coefficient normal de ces matériaux connu est de l'ordre de 0,12.
Pour permettre une rotation efficace de ces disques de fermeture 35 étanche l'un par rapport à l'autre, une mince couche d'un lubrifiant au silicone est appliquée entre les disques. Pourtant, avec le temps et l'emploi fréquent du robinet, ce qui oblige les disques à tourner l'un contre l'autre, le lubrifiant au silicone est progressivement dispersé, de sorte que le frottement entre les disques augmente à des niveaux 40 inacceptables. A terme, le robinet ne fonctionnera plus.
Des essais ont été faits pour fabriquer ces disques de fermeture étanche en employant du carbure de tungstène. Mais les frais de fabrication pour ce type de disque étaient prohibitifs.
D'autres essais ont été faits pour fabriquer les disques de robi-45 net en carbure de silicium. Le carbure de silicium donne, dans ses différentes formes cristallographiques connues, des duretés entre 28 000 N/mm2 et 35 000 N/mm2, qui sont bien plus élevées que les duretés des matériaux utilisés actuellement dans ce but, tout en présentant des coefficients de frottement proches de 0,05. De plus, ce 50 matériau a une tendance réduite à l'adhésion constatée avec d'autres surfaces de finition douce, ce qui diminue le frottement entre les disques coopérants du robinet. Malgré ces améliorations en fonctionnement, le frottement entre les deux disques en carbure de silicium a une tendance à augmenter au-delà des niveaux acceptables 55 lorsqu'on s'en sert longtemps.
Enfin, on a construit des disques de fermeture étanche, dans lesquels la paire des disques coopérants possède des caractéristiques de frottement différentes avec au moins un disque en carbure de silicium. Quoique ce procédé ait permis une diminution durable du 60 frottement entre les disques de fermeture étanche sans application de lubrifiant, la fabrication et le meulage des disques en SiC exigent des usines et des technologies spécialisées. Ainsi, il a été nécessaire de développer un procédé de fabrication qui pouvait être utilisé largement et convenablement et dont les coûts n'étaient pas prohibitifs.
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Description sommaire des dessins
La présente invention sera mieux comprise en se référant à la t. description suivante de la présente invention, lue en regard avec les
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dessins joints, dans lesquels les signes de référence désignent les mêmes parties dans tous les dessins et où
la figure 1 est une coupe en perspective des moyens de fermeture étanche selon la présente invention, et la figure 2 est une coupe en perspective d'une autre forme d'exécution de la présente invention.
Un but de cette invention est de fabriquer des éléments de fermeture étanche dans une matière suffisamment dure qui soient capables de présenter un coefficient de frottement suffisamment faible pour permettre un fonctionnement correct du robinet ou de son équivalent, tout en limitant les coûts de fabrication des disques de fermeture étanche.
Selon la présente invention, des éléments de fermeture étanche efficaces peuvent être fabriqués en formant les éléments de fermeture étanche avec un matériau rigide capable d'être meulé avec précision et en recouvrant au moins un des éléments de la paire d'éléments de fermeture étanche avec une fine couche de matière nettement plus dure. Ce revêtement est appliqué grâce à un dépôt de vapeur physique ou chimique pour obtenir des surfaces coopérantes entre les disques avec des coefficients de frottement différents. Parmi les matières de revêtement qui peuvent être utilisées, les carbures de silicium, les carbures de métaux, les nitrures de métaux (en particulier les métaux de transition) et les carbones à réseau cristallographique cubique sont préférés.
Selon un aspect de cette invention, au moins un des disques de fermeture étanche possède un revêtement avec une matière en utilisant une déposition physique ou chimique de la vapeur.
En appliquant le procédé de la présente invention, les deux éléments de fermeture étanche doivent être capables de recevoir une finition précise telle que celle obtenue par un meulage de précision, de façon à permettre aux éléments de fermeture étanche de fonctionner effectivement.
Ce qui est différent des disques de fermeture étanche usuels, c'est que les disques de fermeture étanche fabriqués selon le procédé de la présente invention n'exigent pas une dureté excessive pour résister à un usage intensif. En fait, pour les éléments de fermeture étanche fabriqués par dépôt de matériaux très durs, les matériaux constituant seulement l'élément de fermeture étanche servent de support au revêtement, tandis que la coopération de fermeture étanche entre les éléments de fermeture étanche est obtenue par la matière de revêtement nettement plus dure appliquée sur au moins un des éléments de fermeture étanche. Ainsi, les éléments de fermeture étanche selon la présente invention peuvent être faits avec des matériaux qui,
quoique suffisamment durs et résistants pour recevoir une finition appropriée et pour résister aux déformations, ne sont pas acceptables pour constituer à eux seuls des éléments de fermeture étanche sans application de revêtement.
Parmi les matières qui peuvent être acceptées pour former les éléments de fermeture étanche sont compris les stéatites, les matériaux céramiques de qualité modeste, des métaux et quelques matières synthétiques caractérisés par une dureté élevée, la raideur et la stabilité. Pourtant, un élément de fermeture étanche coopérant avec un élément de fermeture étanche revêtu d'une matière nettement plus dure et ayant une finition polie ne s'endommage pas malgré sa dureté limitée. En fait, la différence de dureté des deux surfaces coopérantes de la paire d'éléments de fermeture étanche devient un grand avantage, car elle diminue le coefficient de frottement sans addition d'un lubrifiant. Pour cette raison, il n'est pas nécessaire de revêtir le second élément de fermeture étanche.
Comme variante, les deux éléments de fermeture étanche peuvent être recouverts d'une matière de revêtement mais, dans ce cas, les deux surfaces coopérantes doivent avoir des caractéristiques suffisamment différentes pour assurer un mouvement adéquat entre les surfaces. Cela peut être obtenu soit en revêtant les deux éléments de fermeture étanche avec deux matières de revêtement différentes, ou en appliquant les matières de revêtement sur des surfaces ayant des degrés différents de finition, ou en combinant ces deux manières.
Un avantage important du revêtement avec des matières dures, appliquées grâce à un procédé physique ou chimique de vapeur, réside dans le fait que les revêtements nommés ci-dessus ne changent pas la finition des surfaces des éléments de fermeture étanche. Donc, le disque qui reçoit le dépôt de matière très dure peut être travaillé par exemple par meulage ou découpe avant d'exécuter le dépôt et, après, l'usinage se fait sur une matière suffisamment dure pour résister à une opération de finition. D'autre part, la matière n'est pas si dure pour rendre cette opération difficile et onéreuse ou pour exiger des dispositifs spéciaux et une technologie spéciale pour fabriquer les disques de fermeture étanche. Ce facteur diminue les coûts de fabrication, de sorte que les machines-outils usuelles peuvent être utilisées pour fabriquer les fermetures étanches.
En utilisant une paire d'éléments de fermeture étanche coopérants, l'un d'eux ayant un plus grand degré de dureté que l'autre à cause de sa surface couvrante et polie permet l'emploi de matière ayant une dureté réduite pour l'autre élément de fermeture étanche. L'autre élément de fermeture étanche possède une finition plus grossière et peut comprendre des trous microscopiques qui diminuent la surface de support entre les éléments de fermeture étanche. A cause de cette particularité, le frottement entre les deux éléments de fermeture étanche est encore diminué. De plus, les coûts de fabrication sont diminués, non seulement parce que la fabrication de l'élément de fermeture étanche sans revêtement est moins chère, mais aussi parce que la finition exigée est également diminuée.
Un avantage des éléments de fermeture étanche avec une couche de carbure de silicium est la stabilité chimique de cette composition. Elle n'est pas sujette à la corrosion ou à une déformation dans aucune sorte d'eau et assure une résistance exceptionnelle à l'oxydation. De plus, une propriété similaire caractérise également d'autres matières de grande dureté qui peuvent être déposées par vapeur et en particulier par le carbone ayant une structure cristallographique cubique. Cette matière, qui ne pouvait pas être utilisée pour former le corps de l'élément de fermeture étanche, est très avantageuse à cause de son coefficient de frottement réduit qui approche 0,02.
Naturellement, le procédé de cette invention peut être appliqué indépendamment de la forme et de la taille des éléments de fermeture étanche dans le dispositif. De tels éléments de fermeture étanche peuvent être plats ou bien peuvent former des corps dont les surfaces de travail sont convexes ou concaves. L'emploi de cette invention conserve les mouvements coulissants des appareils qui utilisent de tels éléments pendant de grandes périodes de temps. Pourtant, ce procédé n'augmente pas les coûts de fabrication des éléments de fermeture étanche, car les coûts du procédé de dépôt par vapeur sont compensés par le coût plus faible des matières constituant les éléments de fermeture étanche et le coût plus faible de l'usinage des éléments.
Cette invention est particulièrement utile pour fabriquer des disques de fermeture étanche pour soupapes et robinets, soit pour ceux ayant une paire de disques ou ceux ayant trois disques ou seulement un disque coopérant avec des disques semblables à des embrayages placés aux ouvertures d'entrée pour l'eau. De plus, ce procédé peut être appliqué aux robinets dont les disques ne sont traversés que dans une direction par l'eau, qui alors s'écoule dans le robinet ou dans les boîtiers en cartouche, ou bien à ces robinets,
dans lesquels l'eau coule au travers des disques dans chaque direction. Pourtant, l'emploi n'est pas limité aux soupapes et aux robinets et, comme on l'a indiqué ci-dessus, d'autres emplois prévus pour la paire d'éléments de fermeture étanche selon le procédé de cette invention sont les soupapes industrielles et particulièrement celles soumises à de hautes températures et/ou à l'action de produits chimiques et aux soupapes et pistons pour les pompes à injection des moteurs diesel.
En se référant maintenant aux figures 1 et 2, le procédé décrit ici est utilisé pour obtenir des éléments de fermeture étanche 10 et 12, qui coopèrent au contrôle du courant de fluide au travers d'une soupape ou d'un robinet. Les deux fermetures étanches 10 et 12
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comprennent une base 14 dans un matériau ayant une dureté moyenne, comme les stéatites, les matériaux céramiques, les matériaux métalliques ou synthétiques. Au moins un des disques de fermeture étanche est revêtu avec une matière plus dure 16 qui peut couvrir l'entière fermeture étanche comme représenté à la fig. 1, ou peut être appliquée seulement à la surface de travail ou coopérante 18 de l'une des deux fermetures étanches. Dans la forme d'exécution préférée, la matière de revêtement est choisie dans le groupe comprenant les carbures de silicium, les carbures métalliques, les nitrures métalliques et les carbones à cristallographie cubique.
Comme autre variante, les deux fermetures étanches 10 et 12 peuvent être complètement recouvertes avec l'une des matières de re-s vêtement. Pourtant, avant l'application du revêtement 16, l'une des fermetures 10 ou 12 reçoit une finition différente, de sorte que les surfaces coopérantes des fermetures étanches présentent des degrés de finition différents.
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1 feuille dessins
Claims (15)
- 662 6302REVENDICATIONS1. Procédé pour fabriquer une paire d'éléments de fermeture étanche pour soupapes et robinets et présentant des surfaces coopérantes, comprenant les étapes suivantes:— mettre en forme les deux éléments de fermeture étanche dans une matière capable d'être meulée;— couvrir au moins un desdits éléments de fermeture étanche avec une couche d'une matière ayant un coefficient de dureté plus grand que celui de la matière dans laquelle les éléments ont été formés, la matière de revêtement étant appliquée avec un procédé de dépôt physique de vapeur ou de dépôt chimique de vapeur, et— donner une finition aux surfaces coopérantes desdits éléments de fermeture étanche avec des coefficients de frottement différents.
- 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière dans laquelle les éléments ont été formés est choisie dans un groupe comprenant les stéatites, les matières céramiques, les matières métalliques et synthétiques.
- 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière de revêtement est choisie dans un groupe comprenant les carbures de silicium, les carbures métalliques, les nitrures métalliques et les carbones à réseau cristallographique cubique.
- 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la matière de revêtement n'est appliquée qu'à la surface coopérante d'au moins l'un des éléments de fermeture étanche.
- 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'un desdits éléments de fermeture étanche est revêtu avec ladite matière de revêtement, présentant ainsi une surface coopérante avec un faible coefficient de frottement, tandis que l'autre élément de fermeture étanche n'est pas revêtu avec ladite matière de revêtement, présentant ainsi une surface coopérante avec un coefficient de frottement élevé.
- 6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux éléments de fermeture étanche sont recouverts avec ladite matière de revêtement et que leurs surfaces coopérantes présentent des caractéristiques de frottement différentes.
- 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les caractéristiques de frottement différentes sont obtenues en revêtant les éléments de fermeture étanche avec des matières de revêtement différentes.
- 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les caractéristiques de frottement différentes sont obtenues en appliquant la matière de revêtement sur des surfaces coopérantes présentant des degrés différents de finition.
- 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de fermeture étanche sont formés comme disques pour soupapes et robinets.
- 10. Paire d'éléments de fermeture étanche obtenus par le procédé selon la revendication 1, pour soupapes et robinets comprenant— une base faite en une matière ayant un coefficient de dureté modéré adaptée à être meulée avec une finition précise,— au moins une des bases de ces éléments de fermeture étanche étant recouverte avec une couche de matière ayant un coefficient de dureté plus grand que ladite base, et— dans lequel les surfaces coopérantes de ces éléments de fermeture étanche ont des coefficients de frottement différents.
- 11. Paire d'éléments de fermeture étanche selon la revendication 10, caractérisée en ce que la base est faite d'une matière choisie dans le groupe constitué des stéatites, des matériaux céramiques, des matériaux métalliques et des matériaux synthétiques.
- 12. Paire d'éléments de fermeture selon la revendication 11, caractérisée en ce que la matière de revêtement est choisie dans le groupe constitué par les carbures de silicium, les carbures métalliques, les nitrures métalliques et les carbones à réseau cristallographique cubique.
- 13. Paire d'éléments de fermeture selon la revendication 12, caractérisée en ce que la surface coopérante d'au moins un desdits éléments de fermeture étanche est revêtue avec une matière de revêtemei
- 14. Paire d'éléments de fermeture selon la revendication 12, caractérisée en ce que les deux bases sont revêtues avec de la matière de revêtement, les surfaces coopérantes de ces bases présentant des degrés de finition différents.
- I. Domaine technique
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