FR2777019A1 - Procede de traitement d'une surface d'une piece en fonte, et utilisations - Google Patents
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Abstract
La pièce est en une fonte grise constituée d'une matrice métallique (1') enrobant des particules de graphite (2'). Après un rodage de sa surface, la pièce comporte une couche superficielle de métal écroui appelée manteau de tôle. On balaye la surface de la pièce avec un faisceau laser continu de manière à refondre le manteau de tôle sur une profondeur de 3 à 10 m et à dégager des particules de graphite (2') recouvertes au moins partiellement par le manteau de tôle après le rodage, de manière à rendre les particules de graphite (2') affleurantes sur la surface de la pièce. On peut utiliser un laser YAG pour produire un faisceau laser ayant une longueur d'onde comprise entre 1000 et 1100 nm et une puissance continue comprise entre 500 et 2000 W. Le traitement suivant l'invention est utilisé en particulier pour améliorer les caractéristiques de frottement de la surface interne d'un cylindre d'un moteur à combustion interne.
Description
L'invention concerne un procédé de traitement d'une surface d'une pièce en
fonte grise telle que la surface intérieure d'un cylindre d'un moteur
à combustion interne.
Il est connu de réaliser par moulage d'une fonte des pièces compor-
tant des surfaces de frottement ou des surfaces destinées à supporter de fortes pressions de contact. Dans le domaine de la construction automobile, on utilise des carters moteurs, des vilebrequins ou des arbres à cames en fonte grise comportant une matrice généralement perlitique renfermant des
particules de graphite, généralement sous forme de lamelles ou de nodules.
La surface des cylindres dans lesquels sont montés les pistons du moteur sert de surface de guidage et de frottement pour les segments des pistons se déplaçant de manière alternative dans les cylindres. L'huile de lubrification du moteur constitue un film lubrifiant entre la surface du cylindre et les segments du piston, pendant le fonctionnement du moteur, Pour diminuer les coûts d'entretien et de fonctionnement du moteur et abaisser la formation de polluants, on cherche à réduire le plus possible la consommation d'huile par les moteurs à combustion interne sans augmenter le frottement entre les segments des pistons et les cylindres et en évitant tout risque de grippage. Pour cela, on a cherché à optimiser l'état de surface des cylindres qui subissent généralement, après usinage, un rodage destiné à assurer de parfaites caractéristiques géométriques aux cylindres et un état de surface satisfaisant. Le rodage est généralement réalisé en utilisant une pierre abrasive qui est déplacée en translation axiale alternative par rapport
à la surface des cylindres et qui est mise en rotation par rapport à la pièce.
De ce fait, le rodage produit généralement des traits ou sillons croisés sur la
surface du cylindre.
Le rodage produit également un écrouissage et un étalement d'une couche superficielle de la matrice de la fonte. Il se forme, par étalement de la matrice à la surface du cylindre, des écailles de métal venant recouvrir au moins partiellement les lamelles ou nodules de graphite enrobés dans la
matrice, qui sont affleurants à la surface du cylindre avant le rodage.
La couche superficielle écrouie du cylindre obtenue après le rodage qui est désignée par le terme " manteau de tôle " peut être néfaste en ce qui concerne le comportement au frottement de la surface du cylindre et le
fonctionnement et la tenue du moteur à combustion interne.
En effet, pendant le fonctionnement du moteur, des écailles métalli-
ques du manteau de tôle sont susceptibles de se détacher et de provoquer des rayures de la surface du cylindre et des segments du piston. En outre, les particules de graphite qui sont affleurantes sur la surface du cylindre sont des éléments bénéfiques en ce qui concerne le frottement entre les segments et la surface du cylindre. Du fait que le manteau de tôle recouvre partiellement les lamelles de graphite qui affleurent sur la surface du cylindre avant le rodage, cet effet bénéfique des lamelles de graphite peut être considérablement réduit après le rodage. Le métal de la matrice de la fonte qui a été écroui et étalé à la surface du cylindre pendant le rodage
produit un étranglement des lamelles ou nodules de graphite qui ne consti-
tuent plus, après rodage qu'une faible partie de la surface du cylindre.
On a donc cherché à éliminer plus ou moins complètement le man-
teau de tôle présent après le rodage sur la surface des cylindres, par une technique telle que l'usinage au jet d'eau ou d'autres techniques d'usinage mettant en ceuvre un faisceau pouvant assurer l'élimination de métal sur une
faible profondeur, par exemple par érosion ou par volatilisation.
Il peut être avantageux de réaliser des lignes ou sillons usinés en creux dans la surface des cylindres, de manière à assurer un stockage, au
contact de la surface du cylindre, d'huile de lubrification raclée par les seg-
ments du piston. Des lignes ou sillons réalisés lors du rodage peuvent ainsi
présenter un intérêt pour assurer l'accrochage de l'huile de lubrification con-
tre la surface du cylindre. Des usinages de finition réalisés par faisceau laser
ont été utilisés pour créer des lignes ou sillons de retenue d'huile sur la sur-
face des cylindres. De tels usinages au faisceau laser relativement profonds ne permettent pas d'éliminer de manière rationnelle les écailles du manteau de tôle et de dégager les lamelles de la fonte, au voisinage de la surface du
cylindre.
On a proposé également d'utiliser un laser pulsé à forte puissance, de type Excimer, pour éliminer les écailles de métal de la couche écrouie des
surfaces de cylindres, après rodage, tout en gardant les lignes et sillons réa-
lisés sur cette surface, lors du rodage.
Une telle technique, qui demande de très fortes puissances fournies au moment de chacune des impulsions du laser, pour vaporiser le métal des écailles du manteau de tôle, est extrêmement coûteuse et d'un rendement
faible, ce qui diminue considérablement son intérêt dans le cadre d'une fa-
brication industrielle.
Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de traitement d'une surface d'une pièce en fonte grise constituée d'une matrice enrobant des particules de graphite, après un rodage de la surface tel que la pièce comporte une couche superficielle de métal écroui appelée " manteau de tôle ", qui permette une élimination au moins partielle du manteau de tôle et un dégagement des particules de graphite à la surface de la pièce, avec un coût de réalisation limité et un bon rendement, de manière à pouvoir être
utilisé dans une fabrication industrielle.
Dans ce but, on balaye la surface de la pièce avec un faisceau laser continu, de manière à refondre le manteau de tôle sur une profondeur de 3 à
pm et à dégager des particules de graphite recouvertes au moins par-
tiellement par le manteau de tôle, après le rodage, de manière à rendre ces
particules de graphite affleurantes sur la surface de la pièce.
De préférence, le faisceau laser est produit en continu par un laser
YAG ou des diodes laser.
La longueur d'onde du faisceau laser est comprise entre 800 et
1200 nm et de préférence entre 900 et 1060 nm.
Avantageusement, le faisceau laser est défocalisé et la tache focale à
une largeur comprise entre 0,5 et 5 mm.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire, à titre d'exemple non limitatif, la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention pour réaliser le traitement de finition après rodage de la surface d'un cylindre d'un
bloc de moteur à combustion interne.
La figure 1 est une micrographie d'une partie de la surface d'un cylin-
dre de moteur à combustion interne après un traitement de finition par ro-
dage. La figure 2 est une micrographie, avec un même grossissement que
la vue de la figure 1, de la même surface de cylindre d'un moteur à combus-
tion interne après un traitement de finition comportant un rodage suivi d'un
traitement de surface suivant l'invention par refusion au laser.
La figure 3 est une vue schématique d'un dispositif de mise en ceuvre
du procédé suivant l'invention, suivant une première variante de réalisation.
La figure 4 est une vue en coupe axiale d'une tête de refusion par laser d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention,
suivant une seconde variante.
Les figures 5A, 5B, 5C, 5D, 5E et 5F sont des vues schématiques
montrant la disposition de zones de traitement par refusion laser, sur la sur-
face d'un cylindre de moteur à combustion interne, réalisé par le procédé
selon l'invention et suivant plusieurs variantes.
On a réalisé par moulage d'une fonte et usinage un bloc moteur d'un
moteur à combustion interne présentant une forme générale parallélépipédi-
que. On a réalisé par moulage et usinage du bloc moteur quatre cylindres en ligne dont la surface interne cylindrique a subi un rodage à la pierre de manière à ajuster de manière très précise la forme géométrique et l'alésage
des cylindres.
La fonte grise constituant le bloc moteur est constitué d'une matrice
perlitique enrobant des lamelles de graphite.
Sur la figure 1, on voit une micrographie d'une partie de la surface
d'un cylindre du bloc moteur dont l'échelle est donnée par un segment re-
présentant sur la pièce une longueur de 20 pm.
Après moulage et usinage du bloc moteur, on a effectué un rodage à la pierre des surfaces internes des cylindres; pendant le rodage, I'outil de
rodage en matériau dur abrasif est déplacé suivant la direction axiale du cy-
lindre et mis en rotation autour de son axe.
La micrographie de la figure 1 montre la surface du cylindre après rodage. La surface du cylindre présente des stries de rodage inclinées qui
peuvent présenter deux directions différentes croisées du fait du déplace-
ment de l'outil de rodage dans les deux directions suivant l'axe du cylindre.
De plus, une couche superficielle de la matrice perlitique a subi un étalement sur la surface du cylindre et un écrouissage dû à l'action de l'outil
de rodage.
Les lamelles ou nodules de graphite 2' enrobés par la matrice perliti-
que 1', qui sont affleurantes sur la surface du cylindre, présentent une très faible largeur et une très faible surface du fait que la couche écrouie de la matrice appelée manteau de tôle produit un étranglement des lamelles de
graphite 2' dû à son étalement sur la surface du cylindre.
Le manteau de tôle fortement écroui et plaqué sur la surface du cylin-
dre constitue des écailles métalliques qui sont rattachées faiblement à la
surface du cylindre. Ces écailles métalliques sont susceptibles de se déta-
cher et de rayer la surface du cylindre et les segments du piston se dépla-
çant dans le cylindre, pendant le fonctionnement du moteur. En outre, du fait de la surface très réduite des lamelles de graphite 2' affleurant sur la surface du cylindre, I'effet bénéfique sur le frottement de ces lamelles de graphite est très réduit. La surface brute de rodage telle que représentée sur la figure 1 présente donc des propriétés de frottement médiocres. La mise en oeuvre du traitement suivant l'invention sur la surface brute de rodage permet d'améliorer considérablement les propriétés de frottement de la surface du
cylindre par refusion du manteau de tôle.
Le procédé suivant l'invention consiste à réaliser un balayage de la surface brute de rodage par un faisceau laser continu, de manière à échauffer et à refondre le manteau de tôle sur une épaisseur comprise entre
3 et 10 pm et généralement voisine de 5 pm.
Pour effectuer ce traitement, on peut utiliser un faisceau laser produit par un laser de type YAG (Ytrium-Aluminium-Grenat) dont la longueur d'onde est généralement comprise entre 1000 et 1100 nm et par exemple
voisine de 1060 nm.
On peut également utiliser, comme source de faisceau laser, des dio-
des laser dont les longueurs d'onde sont comprises dans l'intervalle de 800
à 1000 nm.
De manière plus générale, on peut utiliser un faisceau laser prove-
nant d'une source ayant une longueur d'onde comprise entre 800 et
1200 nm.
De manière à limiter la concentration d'énergie sur la surface du cy-
lindre et augmenter la largeur de traitement, on utilise un faisceau laser qui est défocalisé par rapport à la surface de la pièce, c'est-à- dire un faisceau dont le point de convergence se trouve à une certaine distance de la surface à traiter, de manière à obtenir une tache focale dont la largeur peut être
comprise entre 0,5 et 5 mm et de préférence entre 2 et 5 mm.
Le choix entre une source de type YAG et des diodes laser, dans le cas de cylindres de moteur à combustion interne, peut être déterminé par le diamètre des cylindres à traiter, ce diamètre pouvant varier entre 60 et
1 00 mm.
Compte tenu de la dimension de la tache focale et pour obtenir des temps de traitement compatibles avec un procédé de fabrication industrielle du bloc moteur, on peut fixer les paramètres définissant les conditions de mise en oeuvre du procédé de la manière suivante: - La puissance continue de la source et du faisceau laser doit être comprise entre 500 et 2000 W et de préférence entre 1000 et 1800 W ou encore entre 500 et 1500 W. - La vitesse de balayage de la surface à traiter peut être comprise
entre 1 et 10 m/mn et de préférence entre 5 et 10 m/mn.
- De manière à éviter l'oxydation de la surface échauffée par le fais-
ceau laser, on réalise le traitement sous une atmosphère de gaz protecteur
qui peut être de I 'azote ou de l'argon.
- Le gaz peut être envoyé sous forme d'un jet de balayage de la sur-
face. Le jet de gaz protecteur peut être placé de manière coaxiale, autour du
faisceau laser de manière à assurer une protection efficace de la zone sou-
mise au chauffage par le faisceau laser.
- La distance entre la surface à traiter et la tête d'émission du fais-
ceau laser ou les diodes laser peut être réglable dans un intervalle de 15 à mm. Il est également possible de régler cette distance dans un intervalle
compris entre 100 et 250 mm.
- L'angle d'attaque du faisceau, c'est-à-dire l'angle de la direction moyenne du faisceau avec la normale à la surface à traiter, doit être compris
dans un intervalle allant de 30 à 90 .
La figure 2 est une micrographie montrant a la même échelle que la figure 1, la surface du cylindre après un traitement par refusion utilisant un faisceau laser, du manteau de tôle recouvrant la surface du cylindre après rodage. Le traitement pour obtenir la surface représentée sur la figure 2 a été réalisé dans les conditions suivantes: puissance du faisceau laser 1200 W, vitesse de balayage 6 m/mn, gaz protecteur, azote sous 3 bars
rayon de la tache focale 2 mm.
La matrice perlitique constituant le manteau de tôle écroui a été re-
fondu par le faisceau laser, si bien que le métal des écailles du manteau de tôle refondu est soudé fermement au métal sous-jacent de la pièce pour constituer des zones homogènes 1' de la matrice perlitique. Le métal des
écailles du manteau de tôle peut être également vaporisé.
Les lamelles de graphite 2', qui étaient recouvertes partiellement et comprimées par les écailles du manteau de tôle, se trouvent dégagées et affleurantes à la surface de la pièce, pour constituer des zones étendues
favorables au frottement.
En comparant les figures 1 et 2, on s'aperçoit que les lamelles de graphite 2' affleurantes sur la surface traitée sont beaucoup plus larges et beaucoup plus étendues que les lamelles de graphite 2' affleurant sur la
surface de la pièce brute de rodage.
Le traitement suivant l'invention permet donc d'améliorer très sensi-
blement les qualités de frottement de la surface des cylindres d'un bloc mo-
teur en fonte grise et de limiter les risques de rayures et de grippage lors du
déplacement d'un piston à l'intérieur du cylindre. Les bonnes caractéristi-
ques de frottement peuvent être obtenues en utilisant une plus faible quan-
tité d'huile de lubrification du moteur.
Bien entendu, pour améliorer les conditions de lubrification de la sur-
face des cylindres, il est possible de réaliser, après le traitement suivant l'invention, un second traitement de la surface des cylindres, pour réaliser
des traits ou sillons de retenue d'huile dans la surface de frottement du cy-
lindre. Le dégagement des particules de graphite, par fusion des écailles du manteau de tôle recouvrant ces lamelles, résulte de la différence d'absorption du rayonnement par la matrice perlitique par rapport à
l'absorption par les lamelles de graphite.
Il est connu, d'effectuer des traitements de durcissement de surface de pièce métallique et en particulier de pièce en fonte, par refusion d'une couche superficielle de la pièce à l'aide d'une électrode de tungstène suivie d'un refroidissement rapide de la couche refondue. On obtient ainsi une transformation structurale du métal conduisant à un durcissement dû, par
exemple, à des phases bainitiques ou martensitiques.
Un tel traitement de durcissement, dans le cas de la surface de cylin-
dres d'un bloc moteur aurait pour effet d'augmenter l'usure des segments se
déplaçant dans le cylindre, pendant le fonctionnement du moteur.
Le procédé suivant l'invention est tout-à-fait différent des procédés de
durcissement par refusion suivant l'art antérieur du fait qu'on fixe les para-
mètres du traitement au laser de la manière indiquée plus haut, pour refon-
dre uniquement le manteau de tôle et les écailles recouvrant les lamelles de
graphite sur une épaisseur de l'ordre de quelques micromètres. Le traite-
ment n'a qu'un effet limité sur les caractéristiques mécaniques de la surface de la pièce traitée. On peut ajuster la dureté du matériau en fonction de la
nature du gaz utilisé (azote ou argon).
Sur la figure 3, on a représenté, de manière schématique, un disposi-
tif pour réaliser le durcissement de la surface du cylindre 4 d'un bloc moteur 3 par un faisceau laser 5 provenant d'une tête 6 associée à un laser de type
YAG placé à poste fixe sur un support 7.
Le bloc moteur 3 est monté sur un plateau 8 monté rotatif autour d'un
axe 9 sur un bras 10 dont on peut régler l'orientation par rapport à un sup-
port fixe horizontal 11.
Le bloc moteur 3 est monté sur le plateau tournant 8, de manière que l'axe du cylindre 4 soit placé suivant l'axe de rotation 9 du plateau 8. Du fait de l'inclinaison du bras 10 par rapport au plan horizontal, le faisceau laser 5
de direction horizontale fait un angle d'environ 30 avec l'axe 9 du cylindre 4.
L'inclinaison du faisceau laser 5 par rapport à l'axe du cylindre 4 permet au faisceau laser d'atteindre la zone de la surface du cylindre 4 située le plus
profond à l'intérieur du bloc moteur 3.
De plus, le plateau 8 et le bloc moteur 3 peuvent être déplacés dans la direction de l'axe 9 par rapport au bras 10, dans un sens et dans l'autre,
comme représenté par la double flèche 12 et fixés dans une position de tra-
vail permettant au faisceau laser d'atteindre une zone quelconque de la surface du cylindre, suivant la profondeur du cylindre à l'intérieur du bloc
moteur 3.
En faisant tourner le plateau 8 autour de son axe 9, on met en rota-
tion le bloc moteur 3 et le cylindre 4 autour de l'axe du cylindre pour réaliser un balayage de la surface du cylindre par le faisceau laser 5. Ce balayage
peut être réalisé à un niveau quelconque à l'intérieur du cylindre 4.
Lorsqu'on a effectué le traitement complet sur la surface de l'un des
cylindres 4 du bloc moteur 3, on peut déplacer le bloc moteur 3 sur le pla-
teau 8, de manière à placer un second cylindre dans une disposition coaxiale par rapport au plateau 8 pour effectuer le traitement de surface à
l'intérieur du second cylindre. On peut ainsi successivement réaliser le trai-
tement suivant l'invention sur la surface de chacun des cylindres du bloc
moteur 3.
Pour réaliser le traitement dans le cadre d'une production industrielle, il peut être préférable d'utiliser une installation ne nécessitant pas la mise en
rotation des blocs moteurs pour réaliser le balayage de la surface des cylin-
dres.
Sur la figure 4, on a représenté une tête de transmission d'un fais-
ceau laser d'une installation permettant de mettre en oeuvre le traitement
suivant l'invention sans faire tourner les carters moteurs pour réaliser le ba-
layage des surfaces de cylindres.
La tête de transmission du faisceau laser représentée sur la figure 4
et désignée de manière générale par le repère 13 comporte de manière gé-
nérale une première partie 14 ayant la forme d'un fourreau dans laquelle est
montée rotative autour de l'axe 16 du fourreau 14, par l'intermédiaire de pa-
liers à bille 17 et 17', une seconde partie 15 ayant une forme générale tubu-
laire et disposée coaxialement à l'intérieur du fourreau 14.
A l'intérieur de la seconde partie 15 et du fourreau 14 de la tête de
transmission du faisceau laser sont montées des lentilles 19 et 19' de focali-
sation du faisceau laser 18 qui est dirigé suivant la direction axiale 16 com-
mune au fourreau 14 et à la seconde partie tubulaire 15 de la tête de trans-
mission 13 du faisceau laser 18.
A l'extrémité de sortie de la seconde partie 15 de la tête 13 est monté
un miroir 20, à 45 par rapport à l'axe 16 de la tête de transmission du fais-
ceau laser, de manière à renvoyer le faisceau laser 18 dans une direction perpendiculaire à l'axe 16, à travers une fenêtre optique 29 transparente au
faisceau laser et la buse 21.
Le tronç,on d'extrémité de la seconde partie 15 de la tête 13 à
l'extérieur du fourreau 14 présente un diamètre inférieur au diamètre inté-
rieur d'un cylindre d'un bloc moteur dont on veut réaliser le traitement de la
surface interne.
Le fourreau 14 est relié, par l'intermédiaire d'un élément de fixation, à un dispositif de déplacement de la tête 13 en translation dans la direction de
l'axe 16.
Pour réaliser le traitement suivant l'invention à l'intérieur d'un cylindre d'un bloc moteur, on place le dispositif de traitement comportant la tête 13 dans une position de service dans laquelle l'axe 16 de la tête 13 se trouve
dans l'alignement de l'axe du cylindre.
En utilisant le dispositif de translation de la tête 13 dans la direction de l'axe 16, on fait pénétrer le tronçon d'extrémité de la seconde partie 15 de la tête 13 à l'intérieur du cylindre par déplacement de la tête 13 dans la
direction axiale, jusqu'à une position telle que la buse 21 de sortie du fais-
ceau laser 18 se trouve en vis-à-vis d'une zone à traiter de la surface interne
du cylindre.
On alimente le laser de manière à émettre le faisceau 18 et on met en rotation, par exemple par l'intermédiaire d'un moteur électrique, la seconde partie rotative 15 de la tête 13, à l'intérieur du fourreau 14. On réalise ainsi le balayage d'une zone circulaire de la surface du cylindre ayant pour axe l'axe du cylindre confondu avec l'axe 16 du faisceau laser.
Le faisceau laser 18 traverse la fenêtre 29 pour être dirigé radiale-
ment vers la surface du cylindre. Le gaz est alimenté par un conduit 28 dé-
bouchant dans la buse 21 du côté pièce par rapport à la fenêtre 29.
En utilisant le dispositif comportant la tête d'émission de faisceau
laser 13 représenté sur la figure 4, on peut réaliser le traitement de la sur-
face d'un cylindre, suivant des zones ou bandes ayant des directions et des
dispositions différentes, comme représenté sur les figures 5A à 5F.
Sur les figures 5A à 5F, on a représenté de manière schématique la
paroi d'un cylindre 4 dans une vue en coupe par un plan axial.
Sur la figure 5A, on a représenté la surface interne d'un cylindre 4 sur laquelle on a réalisé des traitements suivant l'invention dans des zones constituées par des bandes 22 de direction axiale espacées l'une de l'autre suivant la circonférence du cylindre. Chacune des bandes de traitement 22 présente une largeur sensiblement égale à la dimension de la tache focale
du faisceau laser et s'étend suivant les génératrices de la surface du cylin-
dre. La réalisation de bandes de traitement telles que représentées sur la figure 5A peut être obtenue en déplaçant la tête laser 13 suivant la direction axiale, sur toute la hauteur du cylindre et en faisant tourner la seconde partie
15 rotative de la tête 13 autour de son axe 16, d'un angle de quelques de-
grés, entre deux déplacements de la tête 13 dans la direction axiale.
Sur la figure 5B, on a représenté des bandes de traitement 23 incli-
nées par rapport à l'axe du cylindre 4.
De telles bandes de traitement de forme hélicoïdale ayant pour axe I'axe du cylindre peuvent être obtenues en déplaçant simultanément la tête
13 dans son ensemble en translation axiale à l'intérieur du cylindre et la par-
tie rotative 15 de la tête 13 en rotation autour de son axe 16.
Sur la figure 5C, on a représenté des bandes de traitement 24 de
forme circulaire espacées l'une de l'autre suivant la direction axiale du cylin-
dre 4. Les bandes 24 peuvent être obtenues comme décrit ci-dessus, en faisant tourner la partie rotative 15 de la tête 13 autour de son axe 16, pour différentes positions de la tête 13, dans la direction axiale, à l'intérieur du cylindre. Sur les figures 5D et 5E, on a représenté des zones de traitement 25 et 26 sur la surface intérieure du cylindre 4 qui sont constituées par des
segments alignés suivant des bandes circulaires réparties suivant la direc-
tion axiale du cylindre 4. Les zones discontinues 25 représentées sur la fi-
gure 5D forment des bandes alignées dans la direction axiale du cylindre 4
alors que les zones 26 discontinues, représentées sur la figure 5E, sont dé-
calées l'une par rapport à l'autre dans la direction circonférentielle, d'une bande circulaire à la suivante suivant la direction axiale du cylindre 4, de
manière à obtenir une disposition en quinconce des zones de traitement 26.
Sur la figure 5F, les bandes de traitement 27 sont circulaires, conti-
nues et jointives, de manière à recouvrir toute la surface intérieure du cylin-
dre 4, suivant toute sa hauteur ou suivant une partie de sa hauteur. Les dif-
férentes bandes circulaires pourraient également être discontinues, consti-
tuées de zones telles que les zones 25 et 26 et placées de manière jointive
suivant la direction axiale du cylindre 4.
Les bandes ou zones continues ou discontinues représentées sur les figures 5A à 5F peuvent être obtenues en utilisant la tête de transmission d'un faisceau laser telle que représentée sur la figure 4, en déplaçant la tête dans son ensemble en translation et la partie 15 de la tête 13, en rotation, suivant le type de bandes ou zones à réaliser, I'émission du faisceau laser
18 peut être continue ou interrompue de manière périodique, pendant la ro-
tation de la partie rotative 15 de la tête 13.
* Les bandes ou zones de traitement représentées sur les figures 5A à 5F pourraient être également obtenues en utilisant l'installation représentée
sur la figure 3, en combinant des rotations du plateau tournant 8 et des dé-
placements en translation du plateau et du bloc moteur suivant la direction
de l'axe 9 du bras 10.
Pour éviter une oxydation des zones ou bandes de traitement de la surface du cylindre, on dirige un courant d'un gaz neutre ou inerte tel que l'azote ou l'argon vers la zone de la surface soumise à l'action du faisceau laser. Dans tous les cas, le procédé de l'invention permet deréaliser, au moins localement, sur la surface d'un cylindre de bloc moteur (ou de tout autre pièce a traiter en fonte grise), après rodage, la refusion d'une couche superficielle écrouie ou manteau de tôle, de manière à éliminer des écailles constituées par cette couche écrouie et à dégager des particules de graphite de la fonte qui étaient recouvertes par la couche écrouie, de manière que les particules de graphite deviennent affleurantes sur la surface de la pièce traitée. On améliore ainsFconsidérablement les propriétés de frottement de la
surface de la pièce traitée.
L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été dé-
crits. C'est ainsi qu'on peut utiliser, pour produire le faisceau laser, un laser d'un autre type que le laser YAG ou toute diode laser de caractéristiques adaptées, c'est-à-dire permettant d'obtenir un faisceau laser continu dont la longueur d'onde et la puissance se situent dans les intervalles indiqués plus haut. Le faisceau laser est toujours défocalisé par rapport à la surface de la pièce à traiter de manière à obtenir une tache focale ayant une dimension
comprise entre 0,5 et 5 mm.
On peut imaginer des dispositifs de traitement différents de ceux qui ont été décrits pouvant réaliser le balayage par le faisceau laser avec ou
sans déplacement de la pièce à traiter.
Par exemple, à la place d'une tête de transmission d'un faisceau laser comportant une partie mobile en rotation renfermant des éléments optiques de focalisation et de réflexion, qui est déplacée à l'intérieur d'un cylindre dont on traite la surface interne, on peut utiliser une tête d'émission d'un faisceau laser placée à l'extérieur du cylindre et un miroir de renvoi monté
rotatif dans le cylindre.
Le procédé suivant l'invention peut s'appliquer aussi bien au traite-
ment de la surface interne de cylindres d'un bloc moteur en fonte, massif,
qu'au traitement de la surface de chemises en fonte d'un moteur chemise.
Enfin, le procédé suivant l'invention peut s'appliquer non seulement au traitement de la surface de cylindres d'un bloc moteur en fonte grise mais également à des surfaces de frottement ou de contact d'autres pièces en
fonte grise de moteur à combustion interne, telles que des paliers ou mane-
tons de vilebrequins ou des paliers ou cames d'arbres à cames, après un
traitement de finition comportant un rodage ou une rectification.
L'invention peut s'appliquer à des pièces ayant des surfaces de frot-
tement utilisées en dehors de la constructions des moteurs à combustion interne.
Claims (18)
1.- Procédé de traitement d'une surface d'une pièce en une fonte
grise constituée d'une matrice métallique enrobant des particules de gra-
phite, après un rodage de la surface tel que la pièce comporte une couche superficielle de métal écroui appelé manteau de tôle, caractérisé par le fait qu'on balaye la surface de la pièce (4) avec un faisceau laser continu, de manière à refondre le manteau de tôle sur une profondeur de 3 à 10 pm et à dégager des particules de graphite (2') recouvertes au moins partiellement par le manteau de tôle après le rodage, de manière à rendre ces particules
de graphite (2') affleurantes sur la surface de la pièce (4).
2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le faisceau laser est defocalisé par rapport à la surface de la pièce (4) pour produire sur la surface de la pièce (4) une tache focale ayant une dimension
comprise entre 0,5 et 5 mm et de préférence entre 2 et 5 mm.
3.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, ca-
ractérisé par le fait que le faisceau laser continu a une puissance comprise entre 500 et 2000 W et de préférence entre 1000 et 1800 W.
4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, ca-
ractérisé par le fait que le faisceau laser a une longueur d'onde comprise
entre 800 et 1200 nm.
5. - Procédé suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que le faisceau laser est produit par une source laser de type YAG continu dont la
longueur d'onde est comprise entre 1000 et 1100 nm.
6.- Procédé suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que le faisceau laser est produit par au moins une diode laser et qu'il présente une
longueur d'onde comprise entre 800 et 1000 nm.
7.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, ca-
ractérisé par le fait qu'on réalise le balayage de la surface de la pièce (4) avec le faisceau laser (5), à une vitesse comprise entre 1 et 10 m/mn et de
préférence comprise entre 5 et 10 m/mn.
8.- Utilisation d'un procédé suivant l'une quelconque des revendica-
tions 1 à 7 pour le traitement de la surface interne d'un cylindre (4) d'un bloc
moteur (3) en fonte grise d'un moteur à combustion interne.
9.- Utilisation suivant la revendication 8, caractérisée par le fait qu'on
balaye la surface interne du cylindre (4) du bloc moteur (3) suivant des ban-
des de traitement (22) parallèles a l'axe du cylindre (4) espacées l'une de
l'autre suivant une direction circonférentielle du cylindre.
10.- Utilisation suivant la revendication 8, caractérisée par le fait qu'on balaye la surface interne du cylindre (4) suivant des bandes (23) de forme
hélicoïdale ayant pour axe l'axe du cylindre (4).
11.- Utilisation suivant la revendication 8, caractérisée par le fait qu'on balaye la surface interne du cylindre (4) suivant des bandes circulaires (24)
espacées l'une de l'autre suivant la direction axiale du cylindre (4).
12.- Utilisation suivant la revendication 8, caractérisée par le fait qu'on balaye la surface interne du cylindre (4) suivant des zones de traitement (25) alignées suivant des bandes circulaires discontinues espacées l'une de
l'autre dans la direction axiale du cylindre (4).
13.- Utilisation suivant la revendication 12, caractérisée par le fait que
les zones de traitement (25) sont alignées suivant la direction axiale du cy-
lindre (4).
14.- Utilisation suivant la revendication 12, caractérisée par le fait que
les zones de traitement (26) sont disposées en quinconce suivant la direc-
tion axiale du cylindre (4).
15.- Utilisation suivant la revendication 8, caractérisée par le fait qu'on
balaye la surface interne du cylindre (4), suivant des bandes circulaires con-
tinues jointives (27) dans la direction axiale du cylindre (4).
16.- Utilisation suivant la revendication 8, caractérisée par le fait qu'on balaye la surface interne du cylindre (4) en faisant tourner le bloc moteur autour de l'axe (9) du cylindre (4) et en dirigeant un faisceau laser (5) vers la surface du cylindre (4), dans une direction inclinée par rapport à l'axe (9) du
cylindre (4).
17.- Utilisation suivant la revendication 16, caractérisée par le fait que le faisceau laser (5) est incliné par rapport à l'axe (9) du cylindre (4), d'un
angle d'environ 30 .
18.- Utilisation suivant la revendication 8, caractérisée par le fait qu'on
balaye la surface interne du cylindre (4) en introduisant à l'intérieur du cylin-
dre (4), suivant son axe, une tête (13) de transmission d'un faisceau laser (18) comportant une partie (15) rotative autour d'un axe (16) aligné avec l'axe du cylindre (4), comportant des moyens de focalisation (19, 19') du faisceau laser (18) et un moyen (20) de réflexion du faisceau laser (18) dans une direction perpendiculaire à l'axe (16) de la tête (13) et en déplaçant la tête (13) en translation à l'intérieur du cylindre (4), dans la direction de l'axe du cylindre (4) et la partie rotative (15) de la tête (13) en rotation autour de
l'axe (16) de la tête (13).
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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