PROCEDE DE PREPARATION DE LA SURFACE EXTERIEURE D'UNE PIECE DE REVOLUTION POUR L'APPLICATION D'UN REVETEMENT, PROCEDE DE REVETEMENT, VEHICULE ET MACHINE CORRESPONDANTS
[0001 La présente invention concerne un procédé de préparation de la surface extérieure d'une pièce de révolution pour l'application d'un revêtement sur la surface extérieure de la pièce. L'invention concerne en outre un procédé de revêtement de pièces de révolution présentant un axe principal et un véhicule comportant une pièce de révolution dont la surface extérieure est préparée ou revêtue à l'aide des procédés précédents. L'invention concerne enfin une machine spécialement conçue pour la mise en oeuvre du procédé de préparation précédent. [0002] Dans le domaine des véhicules automobiles, et notamment pour la motorisation thermique de véhicule automobile, de bonnes propriétés tribologiques des pièces composant le véhicule sont souhaitées. Ainsi, concernant les cylindres de suspension, les segments moteurs, les portées d'arbres, les portées de vilebrequins, les garnitures mécaniques d'étanchéité, les tiges de vérins, notamment de vérins d'assistances, les tiges d'amortisseurs, les pistons d'étrier de frein, les composants hydrauliques, des procédés de revêtement de chrome dur sont connus. De tels procédés font partie de la famille des procédés de chromage. [0003] Le chromage est un procédé de revêtement par électrolyse permettant de déposer du chrome métallique sur les surfaces à traiter pour leur conférer les propriétés du chrome. Par exemple, un procédé de chromage par voie humide peut être mis en oeuvre à l'aide d'un bain composé d'acide chromique et où ledit bain peut avoir une formulation catalytique spécifique pour obtenir la réduction cathodique du chrome hexavalent avec un haut rendement cathodique et des vitesses de dépôt élevées permettant des gains importants en énergie et en productivité. Le revêtement de chrome par électrolyse est mis en oeuvre pour deux applications importantes : le chromage décoratif et le chromage dur, pour lesquelles, la couche déposée ne diffère essentiellement que par son épaisseur. [0004] Le chromage dur est applicable sur la plupart des substrats : aciers, fontes, alliages légers ou alliages cuivreux. Le chromage dur réalise un bon compromis entre la résistance à l'usure, notamment la résistance à l'usure abrasive, la protection des substrats contre la corrosion et les propriétés anti-adhésives : - dans le cas d'usure abrasive, le chromage dur permet de multiplier de cinq à dix la durée de vie moyenne des pièces, par rapport à des pièces en acier non traitées ; - les coefficients de frottement chrome/acier sont diminués de moitié par rapport au coefficient acier/acier. [0005i Ainsi le procédé de revêtement de chrome dur correspond à un procédé de revêtement à propriétés tribologiques. Cependant les procédés de revêtement de chrome posent des difficultés de deux ordres : des difficultés liées au procédé en tant que tel, et des difficultés liées au produit obtenu avec un revêtement de chrome. [0006] Les difficultés liées au procédé proviennent de l'évolution de la réglementation d'enregistrement, d'évaluation et d'autorisation des produits chimiques (plus connu sous l'abréviation anglaise REACh, du terme anglais Registration, Evaluation and Authorisation of Chemicals) qui cible l'interdiction du trioxyde de chrome à court ou moyen terme. Or le trioxyde de chrome est le produit de base du chromage dur, notamment pour le chromage des tiges d'amortisseur. A ce jour, aucun produit de substitution compatible avec les évolutions d'exigences environnementales à moyen terme et le volume de pièces à traiter pour le secteur automobile n'existe industriellement. [0007] Les difficultés liées au produit obtenu par chromage proviennent, premièrement, des risques d'altération de la tenue à la fatigue des matériaux à hautes caractéristiques mécaniques. Une restauration totale ou partielle des propriétés de base peut toutefois être obtenue par dégazage, à une température comprise entre 150 et 400°C et/ou, par un traitement mécanique de mise en précontrainte, dans la mesure où la forme des pièces l'autorise. Une telle restauration entraîne alors un coût supplémentaire. Les difficultés liées au produit obtenu par chromage proviennent, deuxièmement, de la faible ductilité des dépôts et des faibles épaisseurs des dépôts mises en jeu. Il est alors préférable d'utiliser, dans le cas de fortes sollicitations de contact et pour le dépôt de chrome dur, des substrats à hautes caractéristiques mécaniques. Un renforcement des propriétés mécaniques du substrat peut être obtenu par traitement de trempe superficielle ou par nitruration. Un tel renforcement entraîne alors un coût supplémentaire. [000s] Il existe donc un besoin pour un nouveau procédé de revêtement à propriétés tribologiques. [000s] Pour cela l'invention propose un procédé de préparation de la surface extérieure d'une pièce de révolution pour l'application d'un revêtement sur la surface extérieure de la pièce, la pièce de révolution présentant un axe principal et le procédé comprenant : le positionnement d'un mandrin resserrable autour de la surface extérieure de la pièce selon une position angulaire autour de l'axe principal de la pièce ; - le mandrin resserrable comprenant une empreinte de matriçage sur son pourtour intérieur - le procédé comprenant en outre le matriçage d'une partie de la surface extérieure de la pièce de révolution par contraction et expansion radiales du mandrin resserrable selon la position angulaire autour de l'axe principal. [oolo] Selon une variante, à la suite du matriçage d'une partie de la surface extérieure de la pièce, le procédé comprend en outre : - le positionnement du mandrin resserrable autour de la surface extérieure de la pièce selon une position angulaire supplémentaire autour de l'axe principal de la pièce, position dans laquelle l'empreinte de matriçage sur le pourtour intérieur fait au moins partiellement face radialement à une portion de la surface extérieure de la pièce qui n'appartient pas à la partie de la surface matricée par le mandrin positionné dans la position angulaire précédente ; le matriçage de la portion de la surface extérieure de la pièce par contraction et expansion radiales du mandrin resserrable selon la position angulaire supplémentaire autour de l'axe principal de la pièce. [oo11] Selon une variante, les étapes de positionnement du mandrin resserrable autour de la surface extérieure de la pièce selon une position angulaire supplémentaire et de matriçage de la surface extérieure de la pièce par contraction et expansion radiales du mandrin resserrable selon la position angulaire supplémentaire sont itérées dans des positions angulaires successives autour de l'axe principal de la pièce. ooi2; Selon une variante, le passage d'une position angulaire à une position angulaire successive autour de l'axe principal de la pièce s'effectue par rotation du mandrin resserrable dans une configuration expansée, de préférence par rotation de 45 ° ou de 90 °. [0013] Selon une variante, l'empreinte de matriçage comprend des rugosités choisies dans le groupe consistant en picots, pointes, pyramides notamment à base triangle ou rectangle. [0014] Selon une variante, la pièce de révolution est choisie dans le groupe de pièces consistant en des segments moteurs, des portées d'arbres, des portées de vilebrequins, des garnitures mécaniques d'étanchéité, des tiges de vérins, notamment pour les vérins d'assistance de directions, des tiges d'amortisseurs, des tiges de cylindres de suspension, des pistons d'étrier de frein, des composants hydrauliques. [0015] L'invention propose aussi un procédé de revêtement par projection thermique, de pièces de révolution présentant un axe principal, au moins une pièce de révolution avec un axe principal étant préparée par le procédé de préparation précédent. [0016] Selon une variante, il comprend l'application par projection thermique d'un revêtement à base de Nickel ou de Chrome ou d'un revêtement choisi dans le groupe de revêtements consistant en WC-Co, WC-Co-Cr, WC-Co/NiCrMo, WCNiCrBSi, Cr3C2-NiCr, WC-Co/Cr3C2-NiCr, CoMoCrSi, FeCrMo, NiCrBSi. [0017] L'invention propose encore un véhicule automobile comprenant une pièce de révolution présentant un axe principal, la surface extérieure de la pièce étant préparée par le procédé précédent ou un revêtement étant appliqué sur la surface extérieure de la pièce avec le procédé précédent. [0018] L'invention propose en outre une machine de préparation de la surface extérieure d'une pièce de révolution pour l'application d'un revêtement sur la surface extérieure de la pièce, la machine comprenant un mandrin resserrable comprenant une empreinte de matriçage sur son pourtour intérieur et la machine étant spécialement conçue pour la mise en oeuvre du procédé de préparation précédent. [0019] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en référence aux dessins qui montrent : - figures 1 et 2, des vues en perspective de tiges et vérins à préparer ou à revêtir à l'aide des procédés de préparation ou de revêtement proposés ; figure 3, un schéma d'un mandrin resserrable à deux pans comprenant une empreinte de matriçage pour la réalisation du procédé de préparation selon un mode de réalisation ; - figure 4, un schéma d'un mandrin resserrable avec quatre pans comprenant une empreinte de matriçage pour la réalisation du procédé de préparation selon un mode de réalisation ; - figure 5, une vue du réseau de microfissuration hétérogène de la couche de chrome. [oo2o] Il est proposé un procédé de préparation de la surface extérieure d'une pièce de révolution. La pièce de révolution présente un axe principal qui correspond à l'axe de révolution. Les figures 1 et 2 montrent des vues en perspective d'ensemble 80 de tiges et vérins 82 à préparer à l'aide du procédé de préparation proposé. Chacune de ces pièces présente un axe principal qui correspond à l'axe de révolution de la pièce. Les pièces à préparer au revêtement sont de préférence des tiges d'amortisseurs, de vérins d'assistance de direction et de cylindres de suspension. [0021] Le procédé comprend le positionnement d'un mandrin resserrable autour de la surface extérieure de la pièce selon une position angulaire autour de l'axe principal de la pièce. Le procédé comprend ensuite la contraction radiale et l'expansion radiale du mandrin resserrable. La contraction et l'expansion radiales sont effectuées selon la position angulaire dans laquelle le mandrin a été positionné à l'étape précédente. [0022] Lors de la contraction du mandrin, le pourtour intérieur du mandrin est plaqué contre la surface extérieure de la pièce, selon un mouvement sensiblement radial relativement à l'axe principal de la pièce. Or le mandrin utilisé dans le procédé proposé comprend une empreinte de matriçage sur son pourtour intérieur.
L'empreinte assure une fonction de "matriçage à froid" (de l'anglais cold forging) par compression radiale du fait du mouvement sensiblement radial du pourtour intérieur contre la surface extérieure de la pièce de révolution. Ce matriçage à froid de la surface extérieure de la pièce correspond à la conformation d'une rugosité de surface par application de l'empreinte de matriçage. L'empreinte de matriçage correspond alors à une surface négative par rapport à la rugosité voulue sur la surface extérieure de la pièce. Par exemple, l'empreinte de matriçage peut comprendre des rugosités pré-définies diverses : picots, pointes, pyramides à base triangle, pyramides à base rectangle, correspondant en négatif à la rugosité recherchée sur la surface extérieure de la pièce. Ainsi le matriçage d'au moins une partie de la surface extérieure de la pièce est réalisé par contraction et expansion radiales du mandrin resserrable selon la position angulaire. [0023] La création de rugosité sur au moins une partie de la surface extérieure de la pièce permet l'imbrication intime d'un revêtement appliqué ultérieurement sur la surface extérieure de cette pièce, par exemple par projection thermique. Ainsi l'invention se rapporte aussi à un procédé de revêtement par projection thermique de la surface extérieure de la pièce de révolution précédemment préparé par le procédé de préparation proposé. Ce revêtement par projection thermique est prévu pour améliorer les propriétés tribologiques de la surface extérieure de la pièce. [0024] L'imbrication intime du revêtement projeté permet de sélectionner une large gamme de revêtements susceptibles d'adhérer mécaniquement à la surface extérieure ainsi préparée. Par exemple, le revêtement projeté thermiquement peut être un revêtement à base de Nickel ou de Chrome ou un revêtement choisi dans le groupe de revêtements consistant en WC-Co, WC-Co-Cr, WC-Co/NiCrMo, WCNiCrBSi, Cr3C2-NiCr, WC-Co/Cr3C2-NiCr, CoMoCrSi, FeCrMo, NiCrBSi. Ces revêtements ont des propriétés tribologiques proches des propriétés de revêtement en chrome dur. La technologie de projection thermique de revêtement peut être choisie, notamment parmi les technologies de projection suivantes : - projection HVOF avec un fil (du terme anglais High Velocity Oxy-Fuel), ce qui correspond à un procédé de projection dit supersonique car à haute vélocité ; - projection par plasma avec poudre ; - projection par arc avec un fil PTWA (du terme anglais Plasma Transferred 5 Wire Arc) ou deux fils LDS (du terme allemand Lichtbogen Draht Spritzen). [0025] En définitive, l'invention permet l'obtention d'un nouveau procédé de revêtement à propriétés tribologiques. [0026] Une large diversité de tiges d'amortisseurs, de vérins d'assistance de direction et de cylindres de suspension sont susceptibles d'être préparés par le 10 procédé proposé. Ainsi pour les tiges d'amortisseurs, le procédé proposé peut être appliqué à des tiges : - de diamètre choisie parmi : 12 ; 14 ; 16 ; 20 ; 22 ; 23 ; 23,3 et 27,6 mm ; - de longueur choisie parmi : de 147 à 520 mm ; - de matière choisie parmi : AF42, XC38, XC48, 20M5, 41 CD4. 15 [0027] L'épaisseur de dépôt de revêtement sur de telles pièces peut alors être de 20 à 70 microns. [0028] Les pièces à préparer peuvent aussi être des segments moteurs, des portées d'arbres, des portées de vilebrequins, des garnitures mécaniques d'étanchéité des pistons d'étrier de frein ou des composants hydrauliques. 20 [0029] La figure 3 illustre un mandrin resserrable 20, tel que le mandrin utilisé dans le procédé précédemment décrit. Le mandrin resserrable 20 comprend deux pans 22 présentant les empreintes de matriçage 28. La figure 4 illustre un mandrin resserrable 20 avec quatre pans 22 présentant les empreintes de matriçage 28. L'utilisation de tels mandrins resserrables 20 avec différents nombres de pans est 25 possible dans le procédé de préparation précédemment présenté. Selon ces deux figures, la contraction et l'expansion radiales peuvent être effectuées selon la flèche 24, dans une position angulaire donnée. Une fois le mandrin contracté dans une position angulaire, les empreintes de matriçage 28 sur le pourtour intérieur du mandrin 20, peuvent ne pas réaliser le matriçage de la totalité de la surface 30 extérieure de la pièce de révolution. Lors de la contraction du mandrin 20 dans une position angulaire, une portion de la surface extérieure de la pièce peut en effet faire face radialement à un espace intermédiaire séparant les pans 22. [0030] Ainsi à la suite du matriçage d'une partie de la surface extérieure de la pièce, le procédé précédemment décrit peut comprendre en outre le positionnement du mandrin resserrable autour de la surface extérieure de la pièce selon une position angulaire supplémentaire autour de l'axe principal de la pièce. Cette position supplémentaire correspond alors à une position du mandrin autour de l'axe principal dans laquelle l'empreinte de matriçage sur le pourtour intérieur fait au moins partiellement face radialement à une portion de la surface extérieure de la pièce qui n'a pas encore été matricée. En d'autres termes, l'empreinte de matriçage sur le pourtour intérieur fait au moins partiellement face radialement à une portion de la surface extérieure de la pièce qui n'appartient pas à la partie de la surface matricée par le mandrin positionné dans la position angulaire précédente. Cette étape supplémentaire de positionnement est alors suivie par une étape supplémentaire de matriçage par contraction et expansion radiales du mandrin resserrable selon la position angulaire supplémentaire autour de l'axe principal. Ainsi la portion de la surface de la pièce qui n'a pas été matricée lors de la première étape de matriçage peut être matricée par cette nouvelle étape de matriçage dans la position angulaire supplémentaire. [0031] Il peut être souhaitable que soient itérées d'autres étapes de positionnement du mandrin resserrable et de matriçage de la surface extérieure de la pièce par contraction et expansion radiales du mandrin resserrable selon des positions angulaires supplémentaires. Ces nouvelles étapes de positionnement et de matriçage sont alors effectuées dans des positions angulaires successives autour de l'axe principal. Selon la taille de l'empreinte de matriçage sur le pourtour du mandrin resserrable, une seule étape de matriçage supplémentaire peut suffire pour réaliser la préparation de la totalité de la surface extérieure de la pièce. Cependant, si le matriçage par expansion et compression dans deux positions angulaires différentes ne suffit pas à préparer la totalité de la surface, l'itération proposée peut être effectuée jusqu'à ce que la totalité de la surface extérieure de la pièce ait été entièrement préparée par matriçage. Selon le nombre de pans 22 du mandrin 20, le passage d'une position angulaire à une position angulaire successive autour de l'axe principal de la pièce peut s'effectuer par rotation du mandrin resserrable d'un angle différent. Ainsi la rotation entre deux positions angulaires pour le mandrin 20 à deux pans 22 peut être une rotation de 90°. La rotation entre deux positions angulaires pour le mandrin 20 à quatre pans 22 peut être une rotation de 45°. [0032] Par ailleurs, les étapes de positionnement et de matriçage peuvent encore être itérées, même lorsque la totalité de la surface extérieure de la pièce a été entièrement préparée par une ou plusieurs contractions du mandrin 20, de manière à assurer une répartition la plus homogène possible de la rugosité de la surface extérieure de la pièce. [0033] En conséquence, le matriçage de la surface extérieure de la pièce est effectué par expansion et compression radiales du mandrin suivies de rotations autour de l'axe principal de la pièce du mandrin en configuration expansée. La réalisation de la contraction et de l'expansion selon différentes positions angulaires dans lesquelles le mandrin 20 a été positionné assure que la rugosité est formée sur la totalité de la surface extérieure de la pièce, sans usinage par rotation de la surface extérieure de la pièce. En d'autres termes, le procédé proposé présente des phases de rotations du mandrin 20 uniquement lorsque le mandrin 20 est en position expansée. Ainsi le procédé proposé permet d'éviter la préparation de la surface extérieure de la pièce par la rotation du mandrin en configuration contractée. La rotation du mandrin en position expansée n'entraîne pas de frottement de l'empreinte de matriçage contre la surface extérieure. De plus, le procédé de préparation proposé se passe avantageusement de la rotation de la pièce, contrairement à d'autres procédés tels que le sablage, le grenaillage, ou l'usinage mécanique. [0034] Les procédés de préparation et de revêtement de la surface extérieure de la pièce peuvent s'inscrire dans des procédés plus longs de fabrication de la pièce. Ainsi dans le cas de tiges d'amortisseur, le procédé de fabrication peut comprendre : ^ l'ébauche des tiges ; - la finition des tiges ; - le matriçage à froid des surfaces extérieures des tiges ; - la projection thermique (HVOF, plasma/poudre, arc avec un ou deux fils) sur les surfaces extérieures ; - la rectification du revêtement projeté thermiquement afin d'obtenir des 5 tolérances serrées de géométrie et de rugosité et qui remplace avantageusement la « coupe chrome » de l'art antérieur ; - le montage de la tige d'amortisseur dans le tube d'amortisseur et l'assemblage des mécanismes de l'amortisseur. [0035] L'utilisation du revêtement par projection thermique est préférée en ce 10 qu'elle permet de créer dans les revêtements, et donc à leur surface après rectification, des porosités ouvertes qui constituent des poches de lubrification. Ces poches de lubrification permettent alors de remplacer avantageusement le revêtement de chrome dur présentant, en surface, un réseau de fissures dont la formation est liée à l'accumulation de tensions internes du fait de distorsions du 15 réseau cristallin. La figure 5 montre ainsi une vue du réseau de microfissuration hétérogène de la couche de chrome dur. La figure 5 provient d'une observation sous lumière polarisée, après attaque électrolytique à l'acide perchlorique. De tels réseaux de fissures ou de poches de lubrification sont particulièrement favorables pour certaines propriétés fonctionnelles telles que l'anti-adhésion, le frottement et la 20 corrosion. [0036] L'invention se rapporte aussi à un véhicule automobile, comprenant une pièce de révolution présentant un axe principal. La pièce présente avantageusement une surface extérieure de la pièce préparée par le procédé de préparation précédent ou sur laquelle est appliqué un revêtement avec le procédé 25 de revêtement précédent. [0037] L'invention se rapporte en outre à une machine de préparation de la surface extérieure d'une pièce de révolution pour l'application d'un revêtement sur la surface extérieure de la pièce. Cette machine est avantageusement spécialement conçue pour la mise en oeuvre du procédé de préparation précédent. Ainsi, la 30 machine comprend notamment le mandrin resserrable 20 comprenant une empreinte de matriçage 28 sur son pourtour intérieur, tel que précédemment décrit.