Brevet FR2480893A1 — publié le 19811023

Procédé pour fabriquer une bague d'étanchéité destinée à un assemblage à joint flottant et assemblage équipé d'une telle bague. La présente invention concerne un procédé pour produire une bague d'étanchéité pour un assemblage à joint flottant conçu pour etre monté sur les chenilles d'engins de chantier. L'assemblage à joint flottant de ce type est conçu de telle sorte que deux bagues d'étanchéité annulaires butent l'une contre l'autre sous l'effet de deux joints toriques qui y sont montés. Les côtés périphériques extérieurs des bagues d'étanchéité sur leurs surfaces latérales intérieures opposées forment des surfaces lisses comportant des évidements dans leurs parties moyennes et les côtés périphériques intérieurs forment des faces inclinées. Lorsqu'on laisse des parties des surfaces lisses buter l'une contre l'autre, elles forment une portion d'étanchéité empêchant la pénétration du sable et de la boue par l'enté rieur et empêchant la fuite de l'huile lubrifiante contenue. Lorsqu'on utilise un tel joint flottant pendant une durée prolongée, les faces en contact étanche de la portion d'étanchéité sont usées par la pénétration de particules fines de terre et de sable, ce qui réduit la largeur du contact étanche. Par conséquent, la pression des faces s'accroit et l'usure des faces en contact étanche s'accélère si bien que les faces en contact étanche rapprochent progressivement les portions inclinées sur les côtés périphériques intérieurs. En résumé, la largeur d'étanchéité résiduelle effective des faces en contact étanche indique la durée de vie restante de l'assemblage à joint flottant. Pour cette raison, il est nécessaire que les bagues d'étanchéité de l'assemblage à joint flottant soient très dures. Donc, à ce jour, on forme les bagues d'étanchéité à partir d'ébauches en fonte spéciale antiabrasion ayant une grande dureté (HRC 65-70) dont les constituants principaux sont le fer, le chrome, le tungstène, le molybdène, le nickel, le vanadium, le manganèse, etc. En résumé, pour produire une base pour bague d'é-1 tanchéité, on coule une fonte antiabrasion et après avoir usiné le côté de la base pour bague d'étanchéité opposé à la surface d'étanchéité, on usine la face d'étanchéité pour former une surface lisse. De plus, on forme par usinage des rainures annulaires dans la base pour bague d'é- tanchéité, puis on effectue des opérations de rodage conique sur la face inclinée du côté périphérique intérieur puis sur la face d'étanchéité pour obtenir une bague d'étanchéité de forme prédéterminée. Donc, pour obtenir une bague d'étanchéité finie, on soumet une base coulée pour bague d'étanchéité ayant une grande dureté à de nombreuses opérations d'usinage, et l'usinage de l'ébauche est compliqué et difficile, ce qui accroit le coût de fabrication des bagues d'étanchéité. L'invention a pour objets - un procédé pour produire une bague d'étanchéité pour un assemblage à joint flottant permettant de réduire considérablement le coût de production - un procédé pour produire une bague d'étanchéité pour un assemblage à joint flottant facile à mettre en oeuvre et permettant de produire une bague d'étanchéité d'excellente longévité ; et - un assemblage à joint flottant présentant une excellente étanchéité et une excellente longévité. Selon un de ses aspects, l'invention concerne un procédé pour produire une bague d'étanchéité pour un assemblage à joint flottant qui consiste - à former une base pour joint d'étanchéité à partir d'un acier à faible teneur en carbone, cette base pour joint d'étanchéité comportant une portion d'étanchéité - à appliquer par pulvérisation avec un chalumeau à plasma un cermet contenant du carbure de tungstène et du nickel sur la portion d'étanchéité de la base pour bague d'étanchéité pour y former une couche de revêtement du cermet , et - à roder la couche de revêtement pour obtenir une bague d' étanchéité finie comportant un revêtement de cermet appliqué par pulvérisation au chalumeau à plasma et rodé sur sa portion d'étanchéité. Il est avantageux de grenailler la portion d'étanchéité de la base pour joint d'étanchéité pour la nettoyer avant le stade de pulvérisation avec un chalumeau à plasma. L'épaisseur du revêtement de cermet doit être de préférence comprise entre 0,07 mm et 0,15 mm et mieux entre 0,09 mm et 0,12 mm. Selon un autre de ses aspects, l'invention concerne un assemblage à joint flottant constitué de deux bagues d'étanchéité rigides, de deux éléments de maintien élastomères disposés de façon à repousser les bagues d'étanchéité en contact étanche mutuel dans leur portion d'étanchéité et à maintenir cette étanchéité lors de la rotation relative des bagues d'étanchéité, la portion d'étanchéité de chacune des bagues d'étanchéité comportant un revetement appliqué par pulvérisation avec un chalumeau à plasma d'un cermet contenant du carbure de tungstène et du nickel épais d'environ 0,07 mm à 0,15 mm. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit faite en regard des dessins annexes sur lesquels - la figure 1 est une coupe d'un assemblage à joint flottant monté sur ld chenille d'un tracteur, cet assemblage d'étanchéité comportant deux bagues d'étanchéité produites selon le procédé de l'invention ; - la figure 2 est une coupe de bagues d'étanchéité dont la portion d'étanchéité extérieure a été usée et dont l'angle d'inclinaison est quelque peu exagéré - la figure 3 est une coupe schématique d'une machine à pulvérisation avec un chalumeau à plasma utilisée dans le procédé de l'invention ; et - la figure 4 est un diagramme permettant de comparer la longévité de bagues d'étanchéité produites selon le procédé de l'invention et de bagues d'étanchéité produites selon un procédé classique de coulée. La figure 1 représente un assemblage lO à joint flottant bien connu constitué de deux bagues d'étanchéité 12, 12 en fonte antiabrasion et de deux éléments de main tien élastomères 14, 14 tels que des joints toriques montés de façon à ce qu'une des bagues d'étanchéité puisse tourner par rapport à l'autre tout en étant en contact mutuel étanche. Cet assemblage d'étanchéité est conçu pour être monté sur un essieu ou pont ou engrenage de réduction, etc d'engin de chantier tel qu'un bulldozer, bouteur ou excavateur, etc, et sert à empêcher les fuites d'huile lubrifiante dans les bagues d'étanchéité et à y empêcher la pénétration de terre, de sable ou d'autres particules abrasives.Comme on utilise généralement cet assemblage 10 à joint flottant dans des conditions très sévères, les bagues d'étanchéité 12 sont faites d'une fonte antiabrasion très dure constituée de fer, chrome, tungstène, molybdène, nickel, vanadium, manganèse, etc, comme précédemment indiqué. L'invention repose sur le fait qu'il suffit qu'une couche très mince des bagues abrasives à partir de leur surface d'étanchéité ait des propriétés antiabrasives. On peut calculer l'épaisseur approximative que doit posséder la couche. La figure 2 illustre sous une forme exagérée l'état où les premières portions d'étanchéité 16, 16 des bagues d'étanchéité 12 sont usées par la terre et le sable qui se sont introduits entre elles et les secondes portions d'étanchéité 18 sont en contact étanche. Comme le montre. la figure 2, l'épaisseur D de la couche qui doit être très dure peut être calculée à partir de la formule D = t sin a où t est la largeur des bagues d'étanchéité en contact étanche et a est l'angle d'inclinaison des portions inclinées 20, 20. Par exemple, la largeur de contact étanche d'une bague d'étanchéité classique ayant un diamètre de 100 mm est de l'ordre de 1,0 mm à 2,0 mm et l'angle d'inclinaison a des portions inclinées 20, 20 est de l'ordre de 1 à 20. Donc, si t est égal à 2,0 mm et a est égal à 20, la formule ci-dessus indique que D est égal à 0,07 mm. Par conséquent, la bague d'étanchéité doit présenter une grande dureté uniquement sur une épaisseur d'environ 0,1 mm à partir des faces d'étanchéité. L'invention concerne un procédé pour produire une bague d'étanchéité pour un assemblage à joint flottant qui consiste à former une base pour joint d'étanchéité à partir d'un acier à faible teneur en carbone par forgeage à froid et usinage, à appliquer un métal très dur (dureté HRC supérieure à 65) par pulvérisation avec un chalumeau à plasma sur la portion d'étanchéité de cette base pour bague d'étanchéité, puis à roder la couche appliquée par pulvérisation avec un chalumeau à plasma pour obtenir un revêtement fini très dur épais d'environ 0,07 mm à 0,15 mm. De préférence, l'épaisseur du revêtement obtenu est comprise entre 0,09 mm et 0,12 mm. De plus, il est souhaitable d'effectuer un traitement de grenaillage avant la pulvérisation avec un chalumeau à plasma.La principale caractéristique de l'invention est la formation d'un revêtement très dur et très résistant à l'abrasion sur les portions d'étanchéité des bagues d'étanchéité par pulvérisation avec un chalumeau à plasma. Un dispositif d'application par pulvérisation avec un chalumeau à plasma est décrit ci-après en référence à la figure 3. Le dispositif d'application par pulvérisation avec un chalumeau à plasma comporte un logement 22 d'insonorisation et de récolte des poussières fait en tôle d'acier et en laine de verre, ce logement ayant un fond 24, un plateau 28 monté sur le fond 24 de façon à tourner horizontalement sous l'action d'un moteur 26, ce plateau 28 portant un aimant annulaire 30 qui lui est assujetti de façon à attirer et maintenir une bague d'étanchéité 12, et un chalumeau à plasma 32 fixé de façon à pouvoir osciller librement en regard de la face d'étanchéité de la bague d'étanchéité, ce chalumeau à plasma 32 étant réuni par un mécanisme 34 à un moteur 36. L'ensemble est conçu de façon que l'oscillation du chalumeau à plasma 32 provoque une pulvérisation sur la face d'étanchéité de la bague d'étanchéité 12 qui tourne. La figure 3 montre également un tuyau souple d'alimentation en gaz 38, une canalisation d'alimentation en eau de refroidissement 40 servant également d'électrode, une canalisation d'évacuation d'eau de refroidissement 42, une conduite 44 raccordée à un collecteur de poussière et une base 46 d'alimentation en matière à pulvériser. Le gaz amené par le tuyau souple d'alimentation en gaz 38 contient de l'azote et de l'hydrogène. L'azote et l'hydrogène sont chauffés par le chalumeau à plasma 32 à une température élevée et sont ionisés sous forme d'un plasma si bien que la buse à la sortie du chalumeau à plasma 32 peut émettre un plasma ayant une température de plusieurs milliers de degrés centigrades. De ce fait, la poudre à pulvériser apportée par la buse 46 d'alimentation en poudre est fondue par le plasma et pulvérisée sur la portion d'étanchéité de la bague d'étanchéité 12. De préférence, la poudre pulvérisée est un cermet à base de carbure de tungstène et de nickel. Un exemple non limitatif préféré de l'invention est décrit en détail ci-après. EXEMPLE On soumet à un forgeage à froid et à un usinage une ébauche ayant la forme d'un tube ou d'une plaque plate en acier SS 41 (norme japonaise JIS) qui est un acier à faible teneur en carbone pour former une base pour bague d'étanchéité ayant une forme prédéterminée de 100 mm de diamètre. Ensuite, on soumet la portion d'étanchéité de cette base pour bague d'étanchéité à un grenaillage avec des matières de grenaillage WR nO 20 à 24 pour que la surface de la portion d'étanchéité ait un degré de ruqosité d'environ 30 microns. Après avoir vérifié que la portion d'étanchéité est dépourvue de matières huileuses, de rouille, etc, on place la base pour bague d'étanchéité sur le plateau 28 (figure 3) de façon qu'elle soit attirée par l'aimant 30. La machine de pulvérisation avec chalumeau à plasma utilisée dans ce cas est le 7 M System de METCO Inc., et la poudre à pulvériser utilisée est du 439 NS-2, qui est un produit de METCO Inc.La poudre 43 9 NS-2 est un cermet dont les composants principaux sont le carbure de tungstène et le nickel. Le débit d'alimentation de la poudre à pulvériser est de 0,95 à 1,0 g/s et on effectue la pulvérisation avec un chalumeau à plasma pendant 10 secondes en maintenant la distance entre l'extrémité du chalumeau à plasma 32 et la base 12 pour bague d'étanchéité à environ 75 mm et en faisant tourner la base 12 pour bague d'étanchéité à la vitesse de 930 tours/min. Pendant la pulvérisation, le chalumeau à plasma 32 a un mouvement ondulant ayant une amplitude de 4 mm et une fréquence de 0,5 Hz. On mesure l'épaisseur du revetement pulvérisé avec un chalumeau à plasma, qui est d'environ 0,15 mm.Ensuite, on soumet la portion d'étanchéité revetue par pulvérisation avec un chalumeau à plasma à un rodage pour obtenir une bague d'étanchéité finie dont la portion d'étanchéité porte un revêtement très dur d'environ 0,09 mm. La figure 4 illustre les résultats d'essais de longévité d'une bague d'étanchéité produite selon le procédé de pulvérisation avec un chalumeau à plasma de l'invention et selon un procédé classique de coulée, dans les mêmes conditions. Le diamètre extérieur et le diamètre intérieur des bagues d'étanchéité sont respectivement de 100 mm et 80 mm. Sur la figure qui représente en ordonnées le service résiduel (mm) et en abscisses le temps de rotation (heures) les traits continus correspondent à des bagues d'étanchéité produites selon le procédé de l'invention tandis que la région entourée de traits discontinus correspond aux bagues d'étanchéité produites selon le procédé classique. Ces résultats montrent de façon évidente que la longévité des bagues d'étanchéité produites selon le procédé de l'invention est légèrement supérieure à celle des bagues d'étanchéité produites selon le procédé classique. Comme précédemment décrit en détail, du fait que selon l'invention, on peut, pour produire la base pour bague d'étanchéité, soumettre un acier relativement doux à un forgeage à froid et à un usinage, le travail est facilité et le coût de production devient extremement faible par rapport à celui des bagues d'étanchéité produites selon le procédé classique de coulée. De plus, comme la portion d'étanchéité de la base pour bague d'étanchéité peut hêtre revetue d'une matière très dure par pulvérisation avec un chalumeau à plasma, le travail peut être réalisé rapidement et de façon efficace. REVENDICATIONS 1. Procédé pour produire une bague d'étanchéité pour un assemblage à joint flottant, caractérisé en ce qu'il consiste - a former une base pour bague d'étanchéité à partir d'un acier à faible teneur en carbone, cette base pour bague d'étanchéité comportant une portion d'étanchéité - à appliquer par pulvérisation avec un chalumeau à plasma un cermet contenant du carbure de tungstène et du nickel sur la portion d'étanchéité de la base pour bague d'étanchéité pour y former une couche de revetement de cermet - et à roder cette couche de revêtement pour obtenir une bague d'étanchéité finie portant sur la portion d'étanchéité un revetement de cermet appliqué par pulvérisation avec un chalumeau à plasma et rodé. 2. Procédé pour préparer une bague d'étanchéité pour un assemblage à joint flottant selon la revendication 1, caractérisé en ce que de plus, avant le stade de pulvérisation avec un chalumeau à plasma, on soumet la portion d'étanchéité de la base pour bague d'étanchéité à un grenaillage pour la nettoyer. 3. Procédé pour produire une bague d'étanchéité pour un assemblage à joint flottant selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'épaisseur du revetement rodé de la bague d'étanchéité finie est comprise entre environ 0,07 mm et environ 0,15 mm. 4. Procédé pour produire une bague d'étanchéité pour un assemblage à joint flottant selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'épaisseur du revetement rodé de la bague d'étanchéité finie est comprise entre environ 0,09 mm et environ 0,12 mm. 5. Assemblage à joint flottant, caractérisé en ce qu'il est constitué de deux bagues d'étanchéité rigides et de deux éléments de maintien en élastomère disposés de façon à repousser les bagues d'étanchéité en contact étanche mutuel dans leur portion d'étanchéité et à maintenir cette étanchéité pendant la rotation relative des bagues d'étanchéité, caractérisé en ce que la portion d'étanchéité de chaque bague d'étanchéité porte un revêtement, appliqué par pulvérisation avec un chalumeau à plasma, d'un cermet contenant du carbure de tungstène et du nickel épais d'environ 0,07 mm à 0,15 mm. 6. Assemblage à joint flottant selon la revendication 5, caractérisé en ce que lf épaisseur du revêtement ap- pliqué par pulvérisation avec un chalumeau à plasma est comprise entre environ 0,09 mm et environ 0,12 mm.