FR2959516A1

FR2959516A1 - Procede de pretraitement de structuration d'une surface de coulissement

Info

Publication number: FR2959516A1
Application number: FR1153697A
Authority: FR
Inventors: Bernd Hemminger; Joachim Kelm; Antonius Rehr
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2010-05-03
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2011-11-04
Also published as: DE102010016745A1; BRPI1102460A2

Abstract

L'invention concerne un procédé de prétraitement de structuration d'une surface de coulissement en vue d'un revêtement ultérieur, en particulier d'un revêtement thermique, de pièces en matériaux légers, dans lequel une structure est ménagée dans la surface de coulissement (1) à l'aide d'un outil. Pour obtenir une correspondance géométrique optimale avec une dépense minimum entre le revêtement et la surface de coulissement, l'invention propose de former la structure au moyen d'un faisceau (5) à haute énergie, en particulier au moyen d'un faisceau de plasma, d'un faisceau laser ou d'un faisceau d'électrons.

Description

DESCRIPTION

L'invention concerne un procédé de prétraitement de structuration d'une surface de coulissement. En construction de moteurs, on connaît la technique qui consiste à traiter les surfaces de coulissement des carters de cylindres de manière à obtenir une surface de coulissement résistant à l'usure et à faible coefficient de frottement. Cet effet peut être obtenu par des revêtements thermiques dans lesquels des particules sont projetées à l'aide d'une énergie mécanique et cinétique élevée sur la surface de coulissement des cylindres qui doit être revêtue, ce qui permet d'y obtenir la couche souhaitée après abaissement de la température. On sait en outre que pour obtenir une correspondance géométrique entre le revêtement et la surface, la surface à revêtir doit être usinée avant l'opération de revêtement. Dans ce but, on a étudié des procédés permettant de donner mécaniquement une rugosité à une surface et qui permettent par exemple d'obtenir une surface de forme dentée ou de forme similaire à des pointes. Des entailles à contre-dépouille, par exemple des rainures à profil en queue d'aronde, permettent d'obtenir une correspondance géométrique particulièrement accusée. Un procédé mécanique d'obtention de rugosité et un outil correspondant permettant de former des rainures à profil en queue d'aronde sont présentés dans le document DE 10 2008 058 452 Al. L'outil permet de ménager en spirale une rainure à profil en queue d'aronde dans la surface cylindrique d'une piste de coulissement de carters de vilebrequin en amenant successivement les rainures à leur dimension finale à l'aide de plusieurs dents d'un outil dit suiveur. Dans ce procédé, les différentes dents doivent être accordées de façon absolument précise à l'avancement de l'outil. Dès que des écarts surviennent, la rainure n'atteint pas la dimension finale souhaitée et la correspondance géométrique entre le revêtement et la surface n'est pas garantie.

Le problème à la base de l'invention est donc de proposer un procédé de formation d'une structure de surface qui convient pour un revêtement thermique et qui garantit une correspondance géométrique optimale entre le revêtement et la surface tout en exigeant une mise en oeuvre minimale. -2- L'invention résout ce problème avec les caractéristiques du procédé selon l'invention, à savoir, un procédé de prétraitement de structuration d'une surface de coulissement en vue d'un revêtement ultérieur, en particulier d'un revêtement thermique, de pièces en matériaux légers, une structure étant ménagée dans la surface de coulissement à l'aide d'un outil, caractérisé en ce que la structure est formée au moyen d'un rayon ou faisceau à haute énergie. Des modes de réalisation avantageux de l'invention découlent des caractéristiques ci-après. Le coeur de l'invention consiste donc à prétraiter la surface de coulissement de pièces en matériaux légers en vue d'un revêtement ultérieur, éventuellement thermique, au moyen d'un rayon ou faisceau à haute énergie, de manière à former une structure prédéterminée. Comme faisceau ou rayon à haute énergie, on peut par exemple utiliser un faisceau ou rayon de plasma, un faisceau ou rayon laser ou un faisceau ou rayon d'électrons. Les faisceaux à haute énergie peuvent être bien dosés, de sorte que la profondeur et la largeur de la structure peuvent être définies par exemple par modification de la densité d'énergie. La structure peut être modifiée en un point par prolongement ou raccourcissement de la durée d'irradiation. It s'agit d'un usinage sans enlèvement de matière, de sorte qu'aucune particule résiduelle ne contamine la surface de coulissement lors d'autres opérations d'usinage. Dans un mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention, le faisceau peut être émis par l'outil sous un certain angle en direction de la surface de coulissement, de manière à obtenir comme structure une rainure dotée d'une contre-dépouille. Ces rainures à contre-dépouille conviennent particulièrement bien pour obtenir une correspondance géométrique entre la surface de coulissement et le revêtement. Dans un autre mode de réalisation du procédé, le faisceau peut être émis en direction de la surface de coulissement sous un deuxième angle de l'outil, différent du premier angle, de sorte que l'on obtient immédiatement à côté de la première rainure ou en superposition au moins partielle avec celle-ci, une deuxième rainure qui présente ou qui est dotée d'une contre-dépouille. De cette manière, on peut former de manière simple un profil en queue d'aronde qui présente une correspondance géométrique exceptionnellement bonne. -3- Pour former une structure définie dans la surface de coulissement, l'outil peut être déplacé vers le haut et vers le bas et/ou tourner autour de son axe, de sorte que le faisceau peut venir frapper la surface de coulissement en des points presque totalement quelconques.

Avantageusement, l'outil se déplace vers le haut et vers le bas à l'intérieur d'un cylindre qui est entouré par la surface de coulissement de la pièce. Un mode de réalisation préféré de l'invention va maintenant être expliqué plus en détail à l'aide du dessin. Dans celui-ci : la figure 1 représente une vue en coupe partielle d'une surface de coulissement d'un carter de cylindre et d'un outil qui forme un faisceau à haute énergie, la figure 2 représente la vue en coupe partielle de la figure 1 avec une première rainure, la figure 3 représente la vue en coupe partielle de la figure 1 avec un outil qui forme un faisceau à haute énergie et, la figure 4 représente la vue en coupe partielle de la figure 1 avec une deuxième rainure. Dans les figures 1 à 4, on a représenté de manière schématique une partie d'une surface cylindrique de coulissement 1 d'un carter 2 de piston de cylindre. Un outil 3 qui peut se déplacer vers le haut et vers le bas à l'intérieur du cylindre entouré par la surface de coulissement 1 et en direction de la flèche A et tourner dans la direction de la flèche B autour de son axe 4 forme un faisceau/rayon 5 à haute énergie, par exemple un faisceau/rayon de plasma, un faisceau/rayon laser ou un faisceau/rayon d'électrons. Dans cet exemple de réalisation, le faisceau/rayon 5 est émis par rayonnement par l'outil sous un angle a en direction de la surface de coulissement 1, de sorte que l'on obtient une rainure 6, comme représentée dans la figure 2. Avec un avancement correspondant dans le sens de la flèche A et une rotation dans le sens de la flèche B de l'outil 3, on obtient une rainure en spirale sur la surface de coulissement 1. La rainure 6 présente grâce à l'incidence oblique une contre-dépouille 7 qui permet une correspondance géométrique optimale entre la surface de coulissement 1 et le revêtement ultérieur (ou qui suit) 8 qui n'a été représenté que dans la figure 4. Dans une autre étape d'usinage, le faisceau (ou rayon) 5 peut être émis par l'outil sous un angle 13, de sorte qu'on obtient une deuxième -4- rainure 9 dotée d'une contre-dépouille 10 immédiatement à côté de la première rainure 6 ou en superposition au moins partielle avec celle-ci. Cela permet en deux étapes d'usinage de former sans enlèvement de matière un profil en queue d'aronde dont la correspondance géométrique avec le revêtement 8 est excellente. En variante, le faisceau peut également être orienté à angle droit sur la surface de coulissement 1. Un faisceau ou rayon orienté à angle droit permet d'utiliser au maximum l'énergie avec peu de réflexion et en diminuant les contre-dépouilles. Des faisceaux orientés obliquement permettent d'obtenir des contre-dépouilles optimisées, à haute capacité de correspondance géométrique. L'orientation du faisceau devrait donc être sélectionnée en fonction de la nécessité d'un effet de coinçage du matériau de revêtement sur la surface de coulissement. Il n'est pas obligatoirement nécessaire que l'outil 3 forme une rainure en forme de spirale. On peut également ménager des rainures périphériques fermées ou des rainures qui s'étendent en croix les unes au-dessus des autres. On peut également imaginer des structures en cordon ou ponctuelles. Il est essentiel que l'outil soit en mesure de former des faisceaux à haute énergie qui modifient et structurent la surface de coulissement de manière à obtenir une correspondance géométrique optimale entre le revêtement et la surface de coulissement. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de prétraitement de structuration d'une surface de coulissement en vue d'un revêtement ultérieur, en particulier d'un revêtement thermique, de pièces en matériaux légers, une structure étant ménagée dans la surface de coulissement (1) à l'aide d'un outil, caractérisé en ce que la structure est formée au moyen d'un rayon ou faisceau (5) à haute énergie, en particulier au moyen d'un rayon ou faisceau de plasma, d'un rayon ou faisceau laser ou d'un rayon ou faisceau d'électrons.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau (5) est émis par l'outil (3) sous un angle (a) en direction de la surface de coulissement (1) de telle sorte que l'on obtient comme structure une rainure (6) dotée d'une contre-dépouille (7).
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le faisceau (5) est émis par l'outil (3) sous un angle (13) en direction de la surface de coulissement (1), de sorte que l'on obtient une deuxième rainure (9) dotée d'une contre-dépouille (10) immédiatement à côté de la première rainure (6) ou en superposition au moins partielle avec celle-ci.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'outil (3) se déplace vers le haut et vers le bas à l'intérieur d'un cylindre qui est entouré par la surface de coulissement (1), de la pièce.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'outil (3) tourne autour de son axe (4).