Brevet FR2489721A1 — publié le 19820312

Procédé de chemisage d'alésages cylindriques et alésages obtenus par ce procédé L'invention concerne un procédé de chemisage d'alésages cylindriques tels que les cylindres des moteurs à combustion interne. Elle a plus particulière- ment trait à un procédé consistant à choisir une bande de matériau de chemisage approprié à la formation d'une garniture cylindrique et à adapter, à l'aide d'une presse, la garniture ainsi formée dans l'alésage cylin- drique. On sait par exemple, par le brevet britannique n0 1 237 962 et son certificat d'addition no 1 395 220, déposés au nom de la Cross Manufacturing Company Limited, que l'on peut donner aux cylindres d'un moteur à combustion interne des propriétés avantageuses lors- que ces cylindres sont chemisés par une garniture à paroi relativement mince formée à partir d'une bande de matériau déformée pour obtenir la configuration souhaitée. La mise en place d'une telle garniture s'est révélée quelque peu malaisée, notamment en termes de production: une telle garniture ne peut pas, par exemple être simplement comprimée à l'intérieur de l'alésage sans support interne, comme il est classique avec les garnitures à paroi épaisse, car une garniture à paroi mince a une résistance insuffisante pour résis- ter à la force axiale relativement élevée qui est nécessaire pour l'introduire complètement dans le cylindre. L'invention a pour but un procédé de chemisage d'alésages cylindriques, notamment à l'aide d'une garniture à paroi mince, d'exécution relativement facile et fiable, permettant une production en série. Un procédé de chemisage d'alésages cylindriques conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'il consiste: à choisir la longueur de bande de matériau de chemisage de telle sorte que la bande mise en forme soit soumise à une contrainte circulaire lorsqu'elle -2- est adaptée dans le cylindre; à presser la bande choisie à l'aide d'un mandrin dans une gorge formée dans un gabarit, cette gorge ayant une section trans- versale en forme d'arc, avec un rayon de courbure sensiblement égal à celui de l'alésage non chemisé, et ce mandrin ayant une section transversale au moins partiellement circulaire dont le diamètre est sensi- blement égal à celui de l'alésage chemisé; à mainte- nir la bande partiellement mise en forme dans la gorge du gabarit pendant que les joues de ce gabarit, qui définissent chacune une gorge partiellement circulaire ayant sensiblement le même rayon de courbure que la gorge du gabarit, sont déplacées jusqu'en une position pour laquelle les gorges de joue et la gorge de gabarit définissent ensemble un cylindre dont le diamè- tre est sensiblement égal à celui de l'alésage non chemisé, de sorte que la bande est déformée et enfermée pour former une garniture cylindrique qui est soumise à une contrainte circulaire à l'intérieur du gabarit; et à faire passer la garniture ainsi formée du gabarit dans l'alésage cylindrique tout en maintenant la contrainte circulaire dans cette garniture. La longueur de la bande en matériau de chemisage sera choisie en fonction de l'épaisseur de cette bande et du diamètre de l'alésage non chemisé dans lequel la garniture doit être insérée. De préférence, la longueur de la bande en matériau de chemisage est légèrement surdimensionnée, la bande étant ensuite ramenée à une longueur finie. Pour une production en série, on peut couper plusieurs longueurs de bande qui sont ensuite maintenues l'une sur l'autre et simul- tanément meulées à la même longueur finie. Les extrémités meulées devront être telles qu'elles puissent être aboutées pour former un joint de garniture parfait. Le matériau utilisé sera choisi en fonction du domaine d'utilisation de l'alésage chemisé; par exemple, s'il s'agit d'un moteur à combustion interne, il se révèle que l'acier à ressorts plat, à forte -3- teneur en carbone, convient parfaitement. Pour cette application, l'acier doit être soumis à un traitement thermique. Avec un tel matériau, la gamme des épaisseurs convenant à la formation des garnitures à paroi mince se situe entre 0,25 mm et 0,56 mm, avec une tolérance de l'ordre de plus ou moins 0,0076 mm. On peut bien entendu utiliser d'autres matériaux, tels qu'un alliage d'aluminium ou le bronze, et choisir d'autres épaisseurs. Le mandrin utilisé pour presser le matériau de chemisage dans la gorge du gabarit est de préférence entièrement circulaire en section transversale et est associé à un plongeur qui le prolonge radialement à partir de sa face opposée à la gorge du gabarit, le plongeur étant monté coulissant pour permettre le mouve- ment du mandrin vers cette gorge et depuis cette gorge. Des moyens sont prévus sur le gabarit pour la mise en place du matériau de chemisage, de telle sorte que la ligne centrale transversale de la bande recouvre le centre de la gorge de ce gabarit, avant que cette bande soit pressée par le mandrin. Une fois le mandrin complètement repoussé dans la gorge et déformant ainsi partiellement le matériau de chemisage, ce dernier doit être fermement maintenu dans cette gorge pour passer à l'étape suivante du procédé. S'il s'agit par exemple d'un matériau de che- misage ferromagnétique, le gabarit peut supporter un certain nombre d'électro-aimants placés à la fois autour et le long de la gorge, et ces électro-aimants peuvent être alimentés pour plaquer le matériau de chemisage partiellement déformé sur la face de la gorge. Le mandrin peut être non magnétique pour permettre son retrait, ou il peut être également en matériau ferro- magnétique, et, dans ce cas, il sera plaqué sur le gabarit lorsque les électro-aimants seront alimentés. Une autre possibilité est d'avoir recours à une technique de placage par mise sous vide, la gorge du gabarit étant pourvue d'un réseau de rainures relativement peu profon- des et étroites, ou d'un certain nombre d'orifices, -4- ces rainures ou orifices communiquant avec une pompe d'évacuation et cette pompe étant commandée une fois le mandrin complètement repoussé pour que, par différence de pression, le matériau de chemisage soit plaqué sur la gorge. Le matériau de chemisage étant maintenu de la manière décrite, le mandrin peut être Èté et remplacé par un autre mandrin ne comportant pas de plongeur, pour poursuivre la déformation du matériau de chemisage. En variante, le plongeur peut être retiré du mandrin, pour permettre le déroulement de l'étape suivante de l'opération de déformation. Une autre possibilité est de prévoir un mandrin dont la longueur est plus grande que celle de la gorge du gabarit, ce mandrin étant supporté par des moyens d'entraînement appropriés à ses extrémités, par exemple entre les deux bras d'un étrier. Le mandrin peut alors être entraîné dans la gorge par l'étrier qui agit sur ses deux extrémités, et ces moyens d'entraînement peuvent également, à condition qu'ils ne recouvrent pas la gorge, être utilisés pour maintenir le matériau de chemisage partiellement déformé dans la gorge du gabarit, au cours de l'étape suivante, par application d'une force sur ces moyens d'entraînement. La gorge du gabarit est, de préférence, sen- siblement semi-circulaire en section transversale et est utilisée avec deux joues définissant chacune une gorge en forme de quadrant. Les joues sont, de préférence, montées coulissantes sur le gabarit, de manière à coulisser l'une vers l'autre dans une direction se situant dans le plan qui contient le diamètre de la gorge semi-circulaire du gabarit. Ainsi, à mesure que les deux joues coulissent l'une vers l'autre, les extrémités libres du matériau de chemi- sage seront déformées par les gorges de ces joues en venant buter l'une contre l'autre. Au cours de l'étape finale du mouvement des joues, la garniture -5- obtenue sera soumise à contrainte circulaire à condi- tion que les caractéristiques de la bande en matériau de chemisage aient été correctement prédéterminées. Lorsque les joues sont amenées dans leur position définitive, elles sont verrouillées par des moyens appropriés. La garniture ainsi formée peut être amenée du gabarit dans l'alésage cylindrique à chemiser, soit directement, soit indirectement. Par exemple, le gabarit peutêtre. placé axialement au-dessus de l'alésage et en engagement avec cet alésage; si le mandrin a été laissé en place, ou remplacé par un autre mandrin, et à condition que ce mandrin ait une collerette dont la largeur radiale est égale à l'épaisseur du matériau de chemisage, il peut être utilisé pour repousser la garniture à l'extérieur du gabarit et l'introduire dans l'alésage, tout en main- tenant le diamètre interne de cette garniture au cours de l'opération. S'il n'y a pas de mandrin, on peut utiliser un plongeur distinct pour repousser la garniture hors du gabarit. On peut également avoir recours à un procédé indirect; la garniture est alors repoussée hors du gabarit, dans un manchon dont l'alésage est sensible- ment égal à l'alésage à chemiser, un mandrin intermé- diaire étant associé à ce manchon intermédiaire pour supporter la garniture. La garniture peut ensuite être repoussée hors du manchon intermédiaire pour être introduite directement dans le manchon cylin- drique à chemiser, en utilisant le mandrin intermé- diaire. L'avantage de cette dernière procédure est que le manchon intermédiaire peut être relativement petit par rapport au gabarit, donc plus aisé à manipuler et à aligner avec l'alésage cylindrique à chemiser. De plus, on peut prévoir un jeu de manchons et de mandrins intermédiaires sur lesquels on monte des garnitures formées avec le même gabarit, et stocker les ensembles obtenus jusqu'à _6- utilisation. L'invention concerne également un alésage cylin- drique (par exemple dans un moteur à combustion interne) chemisé à l'aide d'une garniture à paroi mince selon le procédé conforme à l'invention et décrit ci-dessus. La suite de la description se réfère aux dessins annexés qui représentent: - la figure 1, le dessin d'une machine de découpe de longueurs de bande en matériau de chemisage, à partir d'une bobine de ce matériau; - les figures 2a et 2b, deux vues d'une monture permettant de meuler les longueurs de bande en maté- riau de chemisage; - la figure 3, une illustration schématique de la première étape du procédé de formation d'une garniture; - les figures 4 et 5, une illustration des étapes suivantes du procédé; - la figure 6, l'insertion d'une garniture formée dans un manchon intermédiaire; - la figure 7, l'étape initiale de l'inser- tion d'une garniture dans un alésage de cylindre à partir d'un manchon intermédiaire, et - les figures 8 et 9, des vues en plan et latérale, respectivement, d'une seconde réalisation de gabarit, avec gorge semicirculaire, utilisable pour la formation d'une garniture. On a représenté à la figure 1 une machine de découpe de longueurs de matériau en bande à partir d'une bobine 10, qui utilise une scie à découper 11 entraînée par moteur. Le matériau en bande est déroulé de la bobine 10 au moyen de deux galets d'en- trainement commandés 12 jusqu'à ce qu'il soit arrêté par une butée 13. La scie est alors abaissée pour fendre le matériau, et la longueur découpée est éjectée au moyen d'un ergot d'éjection 14 et de galets d'éjection commandés 15, dans un réceptacle 16. -7- Les longueurs découpées sont groupées et maintenues (par exemple par ensembles de 100) dans la monture représentée aux figures 2a et 2b. La pile de longueurs découpées 17 est verrouillée entre deux plaques 18 et 19 de la monture, et cette dernière est amenée sous une roue de meulage 20, pour meuler les extrémités de ces longueurs, les amener à leurs dimensions définitives et leur donner la finition souhaitée. On obtient donc des faces d'extrémité carrées meulées avec précision, chaque bande découpée ayant la même longueur prédéterminée. Il est de la plus grande importance que les extrémités soient meulées correctement, tant pour donner le degré requis de contrainte circulaire à la garniture termi- née que pour éviter la formation de trajets de perte de gaz au niveau des faces d'extrémité en butée de la garniture lorsqu'elle est insérée dans l'alésage d'un moteur à combustion interne. Les bandes découpées et meulées de matériau de chemisage sont amenées une par une sur un gabarit comportant une plaque de base 21 (figure 3), de manière que la bande repose sur une gorge semi-circulaire 22 formée dans cette plaque de base. La plaque de base 21 supporte également deux butées amovibles 23 entre lesquelles se place le matériau découpé. Un plongeur non rotatif 24 est monté de manière à pouvoir coulisser au-dessus de la gorge 22 et supporte un mandrin non magnétique 25 dont l'axe est parallèle à l'axe de la gorge 22. On peut voir sur la figure 4 que le mandrin est initialement repoussé vers le bas, vers la plaque de base 21, pour donner au maté- riau de chemisage une forme semi-circulaire, les longueurs non déformées de matériau au-dessus de la gorge ayant la même dimension. Des électroaimants 26A, placés à l'intérieur de la plaque de base (figure 4), sont alors alimentés afin de plaquer le matériau dans la gorge 22 et interdire qu'il s'en échappe par effet élastique lorsque la force appliquée -8- par le plongeur est éliminée. Le plongeur 24 est ensuite retiré du mandrin 25, laissant ce dernier en partie dans la gorge 22, et les butées 23 sont Ètées de la plaque de base 21. Deux joues -26 (figure 5) sont alors entraînées de manière à coulisser l'une vers l'autre le long de la face supérieure de la plaque de base 21, chacune de ces joues définissant une gorge en forme de quadrant 27, la gorge 22 et les deux gorges 27 formant ensemble un alésage de section transversale circulaire lorsque les deux joues viennent en butée l'une contre l'autre au-dessus du centre de la gorge 22. A mesure que les joues se rapprochent l'une de l'autre, les deux lon- gueurs non déformées de la garniture partiellement mise en forme sont plaquées autour du mandrin 25, ce- qui achève la formation d'une garniture circulaire, cette garniture étant soumise à contrainte circulaire à mesure que les joues se déplacent vers leur position finale si la longueur de matériau a été correctement prédéter- minée. Une barre de blocage 28 est alors descendue pour maintenir les deux joues 26 l'une contre l'autre. On coupe ensuite l'alimentation des électro- aimants de la plaque de base 21, la garniture étant alors entièrement supportée, extérieurement, par la plaque de base 21 et les joues 26, avec le mandrin à -l'intérieur, mais étant libre de se déplacer axialement. Au cours de l'opération suivante, la garniture 39 formée est repoussée hors de l'alésage défini par la plaque 21 et les joues 26, dans un manchon intermé- diaire 29 (figure 6). Cette opération se fait au moyen d'un organe de commande linéaire 30, guidé et supportant un mandrin intermédiaire 31 qui comporte un épaulement 32 à son extrémité adjacente à l'organe de commaàde 30, la largeur radiale de cet épaulement étant égale à l'épaisseur du matériau de la garniture. Un bouchon 33 est monté à l'extrémité opposée du mandrin intermédiaire et un équipement de support appro- prié est prévu pour le manchon intermédiaire, avec une -9- fourrure de butée 34 et des fourches d'alignement 35. Lorsqu'on manoeuvre l'organe de commande 30, le mandrin 25 est repoussé hors de la garniture formée à l'aide du bouchon 33, l'épaulement 32 du mandrin intermédiaire 31 venant éventuellement en engagement avec la garniture, à l'intérieur du cylindre défini par la plaque 21 et les joues 26. En poursuivant la manoeuvre de l'organe de commande 30, on repousse la garniture dans le manchon intermédiaire, jusqu'à ce que cette garniture et le mandrin intermédiaire 31 se retrouvent entièrement à l'intérieur de ce manchon intermédiaire. L'équipement de la figure 6 peut alors être démonté, en laissant garniture et mandrin inter- médiaire à l'intérieur du manchon intermédiaire, comme représenté à la figure 7. On a représenté également sur la figure 7 l'alésage 36 d'un bloc moteur 37, et on peut voir que la lèvre supérieure de l'alésage est chanfreinée comme illustré en 38. Cette disposition permet l'insertion relative- ment aisée de la garniture 39 dans l'alésage, lorsque le mandrin intermédiaire 31 est repoussé au moyen d'une tige 40 avec laquelle il est engagé. Lorsque la garniture 39 est entièrement insérée dans l'alésage 36, le mandrin intermédiaire 31 peut être retiré. On a illustré aux figures 8 et 9 une variante de réalisation de la plaque de base 21. La plaque de base 21 n'est plus équipée d'électro-aimants (comme représenté à la figure 4), mais on a pratiqué dans la gorge 22 un réseau de rainures de profondeur relativement faible et relativement étroites 41 qui communiquent toutes avec un conduit 42 traversant la plaque de base 21. Le conduit 42 est raccordé à une pompe d'évacuation, de sorte que, lorsque la pompe est commandée, le matériau de chemisage est plaqué dans la gorge semi-circulaire de la plaque, de manière analogue à ce qui a été décrit pour les électro- aimants. Il est recommandé que la pompe d'évacuation - 10 - produise une dépression d'au moins 712 mm Hg. Cette procédure est applicable, par exemple, pour les matériaux de chemisage non magnétiques, tels que le bronze et les alliages d'aluminium. Elle peut également être utilisée pour les garnitures en acier, tel que l'acier à ressorts à forte teneur en carbone ayant subi un traitement thermique complet. - il - REVENDICATIONS 1. Procédé de chemisage d'un alésage cylin- drique, du type qui consiste à choisir une bande de maté- riau de chemisage approprié à la formation d'une garniture cylindrique et à comprimer la garniture formée à l'inté- rieur de l'alésage cylindrique, caractérisé en ce qu'il consiste - à choisir la longueur de bande de matériau de chemisage de telle sorte que la bande mise en forme soit soumise à une contrainte circulaire lorsqu'elle est adap- tée dans le cylindre (figures 1 et 2); - à presser la bande choisie à l'aide d'un mandrin dans une gorge formée dans un gabarit, cette gorge ayant une section transversale en forme d'arc de cercle, avec un rayon de courbure sensiblement égal à celui, de l'a- lésage non chemisé, et ce mandrin ayant une section trans- versale au moins partiellement circulaire dont le diamètre est sensiblement égal à celui de l'alésage chemisé;(figu- res 3 et 4); - à maintenir la bande partiellement mise en forme dans la gorge du gabarit pendant que les joues de ce gabarit, qui définissent chacune une gorge partielle- ment circulaire ayant sensiblement le même rayon de cour- bure que la gorge du gabarit, sont déplacées jusqu'en une position pour laquelle les gorges de joue et la gorge du gabarit définissent ensemble un cylindre dont le diamètre est sensiblement égal à celui de l'alésage non chemisé, de sorte que la bande est déformée et enfermée pour former une garniture cylindrique qui est soumise à une contrain- te circulaire à l'intérieur du gabarit (figure 5); - et à faire passer la garniture ainsi formée du gabarit dans l'alésage cylindrique à chemiser, tout en maintenant la contrainte circulaire dans cette garni- ture (figures 6 et 7). 2. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la bande 17 est pressée par le mandrin 25 dans une gorge 22 du gabarit 21, cette gorge étant sensi- blement semi-circulaire en section transversale, et la - 12 - mise en forme de la bande se poursuivant à l'aide de deux joues 26 qui définissent chacune une gorge sensiblement en forme de quadrant 27. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la bande 17 est découpée dans une longueur d'acier à ressorts plat à forte teneur en carbone. 4. Procédé selon la revendication 3, caracté- risé en ce que la bande 17 a une épaisseur qui se situe entre 0,25 mm et 0,56 mm. 5. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que le mandrin utilisé pour presser la bande 17 a une section trans- versale entièrement circulaire, et est associé à un plon- geur 24 qui le prolonge radialement à partir de sa face opposée à la gorge 22 du gabarit 21, le plongeur 24 étant monté coulissant pour permettre le mouvement du mandrin 25 vers cette gorge 22 et depuis cette gorge, 6. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que, la bande étant découpée dans un matériau ferromagnétique, des moyens électromagnétiques 26 sont associés au gabarit 21 et utilisés pour retenir la bande partiellement mise en forme 17 dans la gorge 22, lorsque cette bande a été pres- sée par le mandrin 25. 7. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que des moyens 41, 42 sont prévus pour appliquer une force d'aspiration dans la gorge 22 du gabarit 21, cette force d'aspiration étant appliquée lorsque la bande 17 partiellement mise en forme a été pressée dans la gorge 22 par le mandrin 25, afin de maintenir cette bande dans cette gorge. * 8. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que, le mandrin étant axialement plus long que la gorge du gabarit, ce mandrin est entraîné partiellement dans cette gorge pour mettre la bande en forme, par des moyens agissant sur ses extré- mités à l'extérieur de la gorge, ces moyens maintenant le mandrin dans la gorge pendant que les joues sont déplacées pour achever la formation de la garniture à partir de la _ 13 - bande. 9. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que la garniture formée à partir de la bande est directement amenée dans l'alésage à chemiser, en plaçant le gabarit sur l'alésage et en faisant passer la garniture du gabarit dans l'alé- sage. 10. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 8, caractérisé en ce que la garniture formée à partir de la bande est indirectement amenée dans l'alé- sage à chemiser, premièrement en repoussant la garniture hors du gabarit pour la faire passer dans un manchon in- termédiaire 29 dont l'alésage est sensiblement le même que celui de l'alésage à chemiser, un mandrin intermédiai- re 31 étant prévu à l'intérieur du manchon intermédiaire 29 pour supporter la garniture à l'intérieur de ce manchon, ensuite en repoussant la garniture hors du manchon inter- médiaire pour la faire passer directement dans l'alésage à chemiser, à l'aide du mandrin intermédiaire 31. 11. Alésage chemisé, notamment de moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il a été obtenu par le procédé de l'une quelconque des revendications précédentes,