FR3111291A1 - Système et procédé pour l’identification d’un composant mécanique, en particulier d’une bague de roulement - Google Patents

Système et procédé pour l’identification d’un composant mécanique, en particulier d’une bague de roulement Download PDF

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Luisella Bosco
Alberto Pieroni
Francesco Teggi
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Abstract

La présente invention concerne un système et un procédé pour l’identification d’un composant mécanique (1), en particulier d’un roulement ou d’une unité de roulement de moyeu d’un véhicule ou d’une bague de celui-ci ou celle-ci, consistant en l’application d’une marque (4) directement sur une surface exposée (2) du composant mécanique, en utilisant une encre céramique (5) photopolymérisable qui est imprimée sur la surface exposée par une imprimante à jet d’encre ayant une résolution égale ou supérieure à 700 ppp et qui est au moins partiellement vitrifiée en employant un traitement thermique (40) à une température égale ou supérieure à 700 °C, de préférence après fixation (30) de l’encre céramique sur la surface exposée (2) par application d’un rayonnement UV. Figure 1

Description

Système et procédé pour l’identification d’un composant mécanique, en particulier d’une bague de roulement
Domaine technique de l’invention
La présente invention se rapporte à un système et un procédé pour l’identification d’un composant mécanique, en particulier d’une bague de roulement.
État de la technique antérieur
Comme on le sait, dans le secteur industriel, il est particulièrement nécessaire de vérifier l’origine des composants utilisés, par exemple au cours du processus d’assemblage d’une machine ou d’un véhicule, et/ou de pouvoir retracer l’historique de production dudit composant, à la fois au cours de son procédé de production et, ultérieurement, lorsque le composant est assemblé sur une machine complexe ou un véhicule.
À cette fin, une méthode connue est l’utilisation d’étiquettes électroniques (RFID –radiofrequency identification devices, soit dispositifs d’identification radio), qui ne peuvent toutefois pas être employées au cours du processus de production mais uniquement à la fin de celui-ci, ou de marques (séquences alphanumériques, codes-barres, codes-barres 2D, codes-barres matriciels) qui sont formées directement sur le composant.
Par exemple, afin d’assurer la traçabilité des composants mécaniques qui sont obtenus par forgeage, moulage par coulée et/ou usinage par enlèvement de matière et qui, au cours du processus de production, doivent être soumis à divers traitements - à la fois thermiques et chimiques - (revenu, traitement de stabilisation, phosphatation, etc.), le marquage au laser est employé, bien que les marques ne soient pas lisibles pendant la totalité de la durée de vie du composant, outre le fait qu’il est coûteux et que les marques sont soumises à des attaques chimiques produites à la fois par les processus de production (par exemple la phosphatation) et par les contaminants provenant de l’environnement (eau, boue, humidité, etc.) dans le cas des composants exposés à ceux-ci lors de leur utilisation, par exemple les bagues des unités de roulements de moyeux de véhicules.
Le grenaillage est également employé, celui-ci étant théoriquement plus résistant à l’usure, mais il peut poser des problèmes de fissuration sur ledit composant, par exemple si le piston de grenaillage est de grande taille.
L’objectif de la présente invention est de fournir un système et un procédé pour l’identification d’un composant mécanique, en particulier d’une bague d’un roulement ou d’une unité de roulement de moyeu d’un véhicule, qui ne présentent pas les inconvénients de la technique antérieure, aussi bien au cours des étapes de production du composant que pendant toute la vie utile du composant, et qui, en même temps, soient fiables, peu coûteux et ne risquent pas d’endommager le composant à marquer.
Par conséquent, on obtient, selon l’invention, un système et un procédé pour l’identification d’un composant mécanique, en particulier d’une bague d’un roulement ou d’une unité de roulement de moyeu d’un véhicule, qui présentent les caractéristiques indiquées dans les revendications jointes.
Brève description des figures
L’invention va maintenant être décrite en se reportant aux dessins joints qui illustrent un exemple non limitatif de mode de réalisation de celle-ci, dans lesquels :
illustre, sous la forme d’un schéma fonctionnel, les principales étapes du procédé d’identification selon l’invention incorporées dans un schéma de procédé de production ; et
est une illustration photographique du système d’identification selon l’invention appliqué à un composant mécanique métallique et obtenu au cours d’essais avec le procédé illustré sur la .
Description détaillée de l’invention
En se reportant à la , 1 indique sur celle-ci, dans son intégralité, un quelconque composant mécanique, constitué, dans l’exemple présenté, d’une bague en acier. Le composant mécanique 1 est généralement un composant d’une machine ou d’un véhicule, par exemple un roulement ou une unité de roulement de moyeu de véhicule ou une bague de celui-ci ou celle-ci.
Le composant mécanique 1 est, dans l’exemple présenté, de forme cylindrique et est pourvu d’une surface exposée 2 constituée, dans l’exemple présenté, d’une surface latérale extérieure métallique cylindrique du composant mécanique 1. Si le composant mécanique 1 est de forme annulaire, la surface exposée 2 pourrait également être une surface latérale intérieure de celui-ci, à condition qu’elle soit aisément accessible, ou une surface avant plate annulaire.
Le composant mécanique 1 est pourvu d’un système d’identification 3 comprenant la surface exposée 2 et une marque 4 appliquée directement sur la surface 2 du composant mécanique 1.
Ci-après, « marque » s’entendra comme la reproduction graphique d’une séquence alphanumérique, d’un code-barres, d’un code-barres 2D, d’un code-barres matriciel ou d’un logo.
Selon l’invention, la marque 4 est formée au moyen d’une encre céramique 5 appliquée directement sur la surface exposée 2, et l’encre 5, ayant été cuite de manière appropriée, est au moins partiellement dans un état vitrifié.
De préférence, le composant mécanique 1 est de forme annulaire et la surface exposée 2 est une surface latérale extérieure ou intérieure de celui-ci.
De plus, comme cela a déjà été mentionné, le composant mécanique 1 et/ou sa surface exposée 2 sur laquelle la marque 4 a été appliquée sont métalliques.
Les encres céramiques sont connues et sont habituellement employées pour la décoration de carreaux céramiques qui sont ensuite cuits à haute température.
Avant la présente invention, il semble qu’il n’ait pas été possible d’appliquer avec succès une encre céramique sur une surface métallique.
Une encre céramique normale risque en fait de ne pas adhérer correctement à une surface métallique. Selon un aspect de l’invention, par conséquent, l’encre céramique 5 utilisée pour former la marque 4 est de préférence une encre photopolymérisable au moyen d’un rayonnement UV.
Habituellement, l’encre 5 contient : un ou plusieurs pigments céramiques, par exemple à base de Fe, Cr, Zr, Al, Co, etc. selon la couleur souhaitée ; au moins un solvant aliphatique, éther de glycol ou aqueux ; des diacides gras ; des esters et polyesters, de préférence photopolymérisables au moyen d’un rayonnement UV.
Par exemple, une composition typique de la partie inorganique de l’encre céramique pour obtenir une marque 4 de couleur blanche est la suivante :
SiO218,50 %
TiO27,00 %
ZrO219,00 %
SnO212,10 %
Fe2O30,10 %
BiO239,40 %
CaO Nr %
CuO Nr %
MgO Nr %
MnO Nr %
ZnO Nr %
K2O 0,80 %
Li2O 2,60 %
Na2O 0,50 %
Sur la base de la description faite jusqu’ici, l’invention se rapporte donc également à un procédé pour l’identification d’un composant mécanique 1, en particulier d’un roulement ou d’une unité de roulement de moyeu ou d’une bague de celui-ci ou celle-ci, comprenant les étapes consistant à pourvoir le composant mécanique 1 d’une surface exposée 2 et à appliquer directement une marque 4 sur la surface exposée 2 du composant mécanique 1.
Selon l’invention et en se reportant au schéma fonctionnel représenté sur la , au cours d’une première étape 10 du procédé selon l’invention, la surface exposée 2 est formée sur le composant mécanique 1 de n’importe quelle façon connue et appropriée, par exemple par usinage.
Ici et ci-dessous, « surface exposée » s’entendra comme une surface du composant mécanique 1 qui peut être aisément atteinte et/ou est visible.
De préférence, au cours de l’étape 10, on tente d’obtenir une surface exposée 2 présentant – au moins dans une région 7 de celle-ci ( ) destinée à recevoir la marque 4 – une finition de surface de relativement haute qualité (faible rugosité) appropriée pour recevoir une marque imprimée sans bavochure. Par exemple, la surface 2 ou uniquement la région 7 de celle-ci peut, si nécessaire, être meulée ou simplement usinée sur un tour à fraiser (dans le cas d’une surface 2 plate) ou il est possible de réaliser un dépôt à chaud ou électrolytique d’une couche métallique (non illustrée) sur la région 7 seulement d’une surface 2 autrement à l’état brut, par exemple après obtention du composant mécanique 1 par forgeage ou moulage par coulée.
Une fois que la surface exposée 2 imprimable a été obtenue (par exemple au moins dans la région 7), une étape d’impression numérique 20 est réalisée afin d’appliquer la marque 4 sur la surface 2.
Selon l’invention, au cours de l’étape d’impression numérique 20, la marque 4 est imprimée directement sur la surface exposée 2 du composant mécanique 1 en utilisant une encre céramique 5, par exemple de tout type connu, qui est appliquée à l’aide d’une imprimante à jet d’encre qui, selon un aspect important de l’invention, doit avoir une résolution égale ou supérieure à 700 ppp (points par pouce), par exemple 720 ppp.
Il a en fait été démontré que la valeur minimum de 700 ppp est un paramètre crucial du procédé selon l’invention étant donné que, à des résolutions d’impression inférieures, il n’est pas possible de garantir la lisibilité de la marque 4 lorsque cette dernière est constituée d’un code-barres matriciel, d’un code-barres 2D ou même d’un simple code-barres.
Ensuite, selon un autre aspect important du procédé selon l’invention, une étape de traitement thermique 40 est réalisée, ladite étape devant être réalisée après l’étape d’impression numérique, puisque son but est d’obtenir la vitrification au moins partielle de l’encre céramique 5. Au cours de l’étape de traitement thermique 40, la surface exposée 2 et/ou la totalité du composant mécanique 1 est/sont chauffée(s) à une température et pendant un temps suffisants pour obtenir la vitrification au moins partielle de l’encre céramique 5.
À cette fin, l’étape de traitement thermique 40 est réalisée par chauffage de la surface exposée 2 imprimée numériquement à une température de 200 °C à 700 °C ou, de préférence, supérieure à 700 °C, selon le type d’encre céramique utilisé, pendant quelques minutes, par exemple 2-3 minutes, dans un four électrique ou à induction ou, de préférence, par chauffage au laser.
Le chauffage au laser offre l’avantage potentiel de pouvoir chauffer à une température donnée uniquement la région 7 de la surface 2 comportant la marque 4 constituée d’encre céramique 5, plutôt que de devoir chauffer le composant mécanique 1 entier à ladite température. Enfin, il est également possible de chauffer le composant mécanique 1 entier dans un four à gaz, en choisissant de manière appropriée l’encre 5 et le type de carburant à utiliser afin d’éviter des réactions chimiques indésirables.
Selon un aspect préféré de l’invention, l’encre céramique 5 est une encre photopolymérisable et, avant l’étape de traitement thermique 40, une étape 30, comprenant l’application d’un rayonnement à l’encre 5 photopolymérisable qui a été imprimée numériquement pour former la marque 4, est réalisée afin de fixer l’encre sur la surface exposée 2, un rayonnement UV étant appliqué à la surface exposée 2 comportant la marque 4 imprimée sur celle-ci.
L’étape d’application d’un rayonnement 30 doit être effectuée immédiatement après l’étape d’impression numérique 20 et est utile pour assurer une adhérence satisfaisante de la marque 4 sur la surface 2 lorsque cette dernière est une surface métallique courbe, comme dans la plupart des cas. Si cette étape 30 n’était pas réalisée, il a en fait été démontré dans des essais que la marque 4 formée sur une surface 1 métallique courbe pouvait présenter des bavochures qui rendraient un code-barres matriciel ou un code-barres 2D difficiles à lire.
L’étape d’application d’un rayonnement 30 est effectuée en utilisant une puissance d’au moins 10 watts par pouce et en faisant passer la surface exposée 2 imprimée numériquement devant une lampe UV du type connu, non représentée afin de simplifier l’illustration, pendant un temps d’une ou plusieurs secondes.
Il convient de noter que les étapes 30 et 40 peuvent également être combinées, en employant un rayonnement UV suffisamment puissant pour produire un chauffage localisé de la région 7 et/ou également uniquement de la marque 4. Ce dernier procédé de chauffage peut également être utilisé en présence d’encres céramiques sans composant photopolymérisable.
L’encre céramique 5 à utiliser selon l’invention comprend, de préférence, un ou plusieurs pigments céramiques, qui sont choisis en fonction de la couleur à donner à la marque 4, au moins un solvant aliphatique, éther de glycol ou aqueux, des diacides gras, des esters et polyesters, de préférence photopolymérisables par un rayonnement UV. Une composition possible de la partie céramique est celle indiquée ci-dessus pour la couleur blanche.
Il est évident qu’il est possible d’obtenir une marque 4 avec plusieurs couleurs en utilisant le procédé selon l’invention. Dans ce cas, il suffit que l’étape 20 soit réalisée au moyen d’une imprimante à têtes multiples, en utilisant des encres céramiques de diverses couleurs, par exemple il est possible d’employer une imprimante à jet d’encre quatre couleurs, en utilisant des encres comportant des pigments qui reproduisent les quatre couleurs primaires de façon à pouvoir créer n’importe quelle nuance de couleur.
Après l’étape de traitement thermique 40, le composant mécanique 1 est marqué de manière indélébile avec une marque 4 qui peut contenir une série de données de production ou simplement un code unique qui identifie le composant de manière spécifique. Les étapes 10 à 40 constituent globalement une procédure de marquage M, représentée schématiquement par un bloc délimité par une ligne de tirets contenant les blocs 10 à 40, qui peut être insérée dans un schéma de procédé d’un processus de production P complet ( ).
Selon un processus P possible illustré à titre d’exemple non limitatif sur la , le composant mécanique 1 comportant la marque 4 est ensuite soumis à une étape de phosphatation 50, puis à au moins une autre étape de traitement thermique et/ou chimique 60. Il a été démontré dans des essais que la marque 4 constituée d’encre céramique 5, au moins partiellement vitrifiée au moyen de l’étape 40, avait la capacité de résister à une attaque chimique résultant de l’étape de phosphatation 50, ainsi qu’aux autres étapes de traitement habituelles 60, réalisées par exemple sur un composant 1 constitué d’une bague de roulement.
Selon une variante possible du processus P, non représentée afin de simplifier l’illustration, les étapes 50 et 60 et éventuellement d’autres étapes d’usinage et/ou de traitement thermique pourraient tout aussi bien être réalisées avant la procédure de marquage M qui, dans ce cas, serait réalisée en aval du cycle de production et non en amont de celui-ci, comme représenté sur la .
Selon le procédé décrit, il est également possible d’insérer un code-barres matriciel (ou au moins des caractères ou une séquence alphanumérique(s)) sur une bague forgée, en employant pour ce faire une imprimante à jet d’encre appropriée pour imprimer une surface 2 présentant une finition de surface non optimale si, après cette opération, le composant/la bague 1 peut être passé(e) dans un four, par exemple afin de réaliser une étape de recuit.
Selon l’invention, il est possible d’attribuer un nom/code unique aux composants mécaniques 1 traités, par exemple à chaque bague d’une pluralité de roulements ou d’une unité de roulement de moyeu, l’avantage étant que ceci permet de connaître l’historique complet d’un composant mécanique 1 durant l’intégralité de son processus de fabrication et, ensuite, durant l’intégralité de sa vie utile.
La traçabilité d’un composant mécanique est actuellement plutôt obtenue en utilisant une grande quantité de documents (principalement des documents papier).
Avec le système et le procédé d’identification selon l’invention, il est donc possible d’économiser du temps et de l’argent et de fournir à l’acheteur du composant des informations détaillées concernant le produit acheté.
En outre, il devrait être possible, par impression à quatre couleurs, d’imprimer sur le composant mécanique 1 une marque 4 qui comprend non seulement un code-barres matriciel ou un autre élément graphique codé, mais également un logo, par exemple le logo d’un client.
Tous les objectifs de l’invention sont, par conséquent, atteints.

Claims (12)

  1. Système d’identification (3) pour un composant mécanique (1), en particulier un roulement ou une unité de roulement de moyeu d’un véhicule ou une bague de celui-ci ou celle-ci, comprenant une surface (2) du composant mécanique et une marque (4) appliquée directement sur ladite surface du composant mécanique ; caractérisé en ce que la marque (4) est formée par une encre céramique (5) qui est au moins partiellement dans un état vitrifié.
  2. Système d’identification selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface (2) du composant mécanique (1) est une surface latérale extérieure ou intérieure du composant mécanique, qui est de forme annulaire.
  3. Système d’identification selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le composant mécanique (1) et/ou ladite surface (2) du composant mécanique sur laquelle la marque (4) est appliquée est/sont métalliques.
  4. Système d’identification selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite surface (2) du composant mécanique a été usinée ou revêtue d’une couche métallique par dépôt à chaud ou électrolytique de sorte qu’elle ait une faible rugosité.
  5. Procédé pour l’identification d’un composant mécanique (1), en particulier d’un roulement ou d’une unité de roulement de moyeu d’un véhicule ou d’une bague de celui-ci ou celle-ci, comprenant les étapes consistant à pourvoir le composant mécanique d’une surface exposée (2) et à appliquer une marque (4) directement sur la surface exposée du composant mécanique, caractérisé en ce que ladite marque (4) est obtenue par le biais des étapes suivantes :
    a) une étape d’impression numérique (20), dans laquelle la marque (4) est imprimée directement sur la surface exposée (2) du composant mécanique en utilisant une encre céramique (5) et une imprimante à jet d’encre ayant une résolution égale ou supérieure à 700 ppp (points par pouce) ;
    c) une étape de traitement thermique (40), réalisée après l’étape d’impression numérique (20), dans laquelle ladite surface exposée (2) et/ou le composant mécanique (1) entier est/sont chauffé(e)(s) à une température et pendant un temps suffisants pour obtenir une vitrification au moins partielle de l’encre céramique (5).
  6. Procédé d’identification selon la revendication 5, caractérisé en ce que l’encre céramique (5) est une encre photopolymérisable ; et en ce que le procédé comprend une étape (30) consistant à appliquer un rayonnement à l’encre photopolymérisable de façon à la fixer sur la surface exposée (2), un rayonnement UV étant appliqué à la surface exposée comportant la marque (4) imprimée sur celle-ci, l’étape d’application d’un rayonnement étant réalisée immédiatement après l’étape d’impression numérique (20).
  7. Procédé d’identification selon la revendication 6, caractérisé en ce que l’étape d’application d’un rayonnement (30) est réalisée en utilisant une puissance d’au moins 10 watts par pouce et en faisant passer la surface exposée (2) imprimée numériquement devant une lampe UV.
  8. Procédé d’identification selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l’étape de traitement thermique (40) est réalisée en chauffant la surface exposée (2) imprimée numériquement à une température de 200 °C à 700 °C ou plus, de préférence à une température égale ou supérieure à 700 °C, pendant quelques minutes, dans un four électrique ou à induction, ou par chauffage localisé UV et/ou au laser.
  9. Procédé d’identification selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que l’encre céramique (5) comprend un ou plusieurs pigments céramiques, au moins un solvant aliphatique, éther de glycol ou aqueux, des diacides gras, des esters et polyesters, de préférence photopolymérisables par un rayonnement UV.
  10. Procédé d’identification selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que ladite surface exposée (2) est soumise, avant l’étape d’impression numérique, à une étape d’usinage et/ou à l’application d’un revêtement constitué d’une couche métallique réalisée par dépôt à chaud ou électrolytique, afin de réduire sa rugosité.
  11. Composant mécanique (1), en particulier une bague d’un roulement ou d’une unité de roulement de moyeu, pourvu d’un système d’identification (3) selon l'une des revendications 1 à 4.
  12. Composant mécanique (1) métallique, en particulier une bague d’un roulement ou d’une unité de roulement de moyeu, pourvu d’une marque d’identification (4) obtenue par le procédé selon l'une des revendications 5 à 10.
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