Brevet FR2518003A1 — publié le 19830617

Procédé et dispositifde reconditionnementdetrous de faible diamètre. L'invention concerne un procédé de reconditionnement de la surface interne d'un trou de faible diamètre. On sait qu'en vue de modifier certaines caractéristiques mécaniques et géométriques d'une pièce métallique, on peut soumettre la surface de cette dernière à un écrouissage, obtenu par déformation à froid, qui modifie le réseau cristallin et entraine une augmentation de la limite élastique et de la résistance à la fatigue ainsi qu'une diminution de la ductilité. Un tel écrouissage permet d'améliorer l'état de la surface du point de vue macro et micro-géométrique et d'obtenir des tolérances serrées. Parmi les méthodes d'écrouissage pouvant etre appliquées au reconditionnement de la surface interne d'un trou, il convient de citer le grenaillage, basé sur la projection de billes d'acier ou de verre par voie pneumatique ou centrifuge, et le galetage, selon lequel des galets roulent sur la surface à écrouis avec une pression réglable. Ces méthodes, qui peuvent donner satisfaction pour le reconditionnement de trous assez gros, sont délicates (voire quelquefois impossibles) à mettre en oeuvre des que le diamètre du trou est trop faible (inférieur à 5 mm, par exemple). Dans ce dernier cas, les dispositifs utilisés demandent une construction trop fine qui élève leur coût. Le but de l'invention est de proposer un procédé nouveau de reconditionnement des trous, et plus particulièrement des trous de faible diamètre, qui ne présente pas les inconvenients précités et dont la mise en oeuvre s'accommode d'une certaine rusticité. Ce but est atteint selon l'invention en procédant à l'é- crouissage de la manière suivante : on introduit dans le trou au moins un fil qu'on force à exercer un frottement intense sur la surface interne du trou en le faisant tourner à grande vitesse. Suivant la forme du fil en mouvement, forme résultant, d'une part, de sa forme propre et, d'autre part, des déformations dues au mouvement (avec formation éventuelle de ventres et de noeuds), le frottement s'exerce sur une ou des parties plus ou moins déterminées et stationnaires du trou et peut, de ce fait, nécessiter un balayage longitudinal du fil par rapport au trou pour égaliser ses effets. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. Les ava#ntages et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux de la description qui va en être faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 représente schématiquement un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, et les figures 2 à 7 représentent différentes formes de fils convenant à l'invention. La figure 1 montre un tour 1 sur le bâti 2 duquel est monté un traînard 3 longitudinalement mobile portant luimôme un chariot transversalement mobile 4. Une pièce 5, comportant un trou 6 à reconditionner, est maintenue, par des moyens connus, tels que des butées et système de serrage 7, sur un porte-pièce 8 réglable en hauteur grâce aux dispositifs à coin et vis de réglage 9. Le tour 1 comporte un mandrin 10, susceptible de tourner à grande vitesse (2000 tours/minutes, par exemple), et une contre-pointe tournante 11 alignés sur le meme axe 12. Un tel dispositif est évidemment connu en soi. Selon l'in- vention, on fixe dans le mandrin 10 au moyen d'un porteoutil 10a une extrémité d'un fil 13 qui traverse le trou 6 de la pièce 5 et dont l'autre extrémité est, selon les cas, laissée libre ou attachée à la contre-pointe tournante 11. La coaxialité du trou 6 et du porte-outil 10a se règle par un mouvement transversal et/ou vertical du porte-pièce 8, tandis que le mouvement du traînard 3 assure, si besoin est, le balayage longitudinal du fil par rapport au trou. Une pièce 14 de guidage d'outil comportant un trou en entonnoir peut être adaptée par des moyens de serrage adéquats à l'entrée du trou 6 à écrouir. L'invention comprend de nombreux modes de réalisation suivant la nature des fils employés. Il peut etre utilisé un ou plusieurs fils. Chaque fil peut lui-même être simple ou multiple, c'est-à-dire constitué de plusieurs fils torsadés. A titre simplement illustratif, il sera donné dans ce qui suit des valeurs numériques correspondant à des expériences réelles mais n'ayant aucun caractère critique ou limitatif: Les fils sont en corde à piano de 1 mm de diamètre (quelquefois 0,8 mm quand ils sont torsadés) et sont utilisés pour le reconditionnement de trous de 4 mm de diamètre. Il est à noter qu'un diamètre de fil inférieur entraînerait généralement une rigidité et donc un frottement réduits qui iraient à l'encontre des buts recherchés. Chaque fil, simple ou multiple, peut être globalement droit, ou formé en ressort hélicoïdal, ou encore en sinusolde. Les fils droits peuvent etre maintenus a' leurs deux extrémités (seuls les ventres du fil exercent alors un frottement) ou garder une extrémité libre, ce qui permet l'application à des trous non débouchants, ou,l'applica- tion des pièces qui entraînent des difficultés d'accessibilité au second coté des trous. Lorsqu'une extrémité d'un fil droit est libre, il est avantageux qu'elle soit recourbée (figure 2). On prévoit qu'avant l'opération de reconditionnement, l'extrémité du fil formant une pointe 15 est courbée en s'écartant de l'axe général du fil d'une distance (par exemple 7 mm) supérieure au diamètre du trou de sorte que cette extrémité se trouve élastiquement déformée dans le trou. Ainsi est palliée, d'une part, l'usure de la pointe 15 du fil et, d'autre part, la partie supérieure 16 de la pointe frotte également contre la paroi du trou de façon non négligeable. Dans ce mode de réalisation, on constate au début du processus un léger enlèvement de matière qui correspond à un écrêtage de la surface (l'extrémité de la pointe 15 travaille alors un peu comme l'arête d'un outil coupant). Ensuite, et du fait de l'usure, la pointe n'intervient plus que pour la mise en compression de la surface. L'effet favorable des pointes sur l'état de la surface peut être multiplié en augmentant le nombre des pointes. Ceci peut être fait en utilisant plusieurs fils droits à extrémité recourbée, un fil multiple droit composé de deux fils torsadés à deux extrémités recourbées (figures 3 à pointes courtes et 4 à pointes longues), voire même de quatre fils torsadés à quatre extrémités recourbées (figure 5). Il est à noter que la réunion de plusieurs fils torsadés augmente la raideur de l'outil (et réduit donc l'amplitude des ventres de vibrations). On peut également augmenter le nombre de pointes en utilisant un fil unique à pointes rapportées (par soudure par exemple), mais on perd dans ce cas le bénéfice de l'élasticité de la pointe permettant de compenser l'usure de celleci. Dans tous ces cas, un balayage longitudinal est favorable, la vitesse de ce balayage n'étant par ailleurs pas déterminante. Le paramètre influant sur le résultat du reconditionnement est sa durée, comme il sera précisé plus loin. I.'am- plitude du balayage n'est pas non plus un paramètre déterminant sous la réserve de procurer un recouvrement en respectant la distance entre deux noeuds de vibration. Il peut également être utilisé un fil, simple ou multiple, ou formé de ressort (figure 6), avec lequel, contrairement aux fils à pointes où une pression importante est exercée sur une très petite surface, la. surface de frottement est relativement grande. Afin que le frottement soit suffisant, le diamètre d des spires doit être légèrement supérieur (6 mm par exemple) au diamètre du trou. Le pas du ressort doit être choisi de façon à éviter qu'une surface de frottement trop grande n'entrain un effort de torsion que le fil ne peut supporter. Mais il ne doit pas être non plus trop grand de façon à maintenir une bonne raideur globale du ressort de manière que la déformation du ressort, lors de son introduction dans le trou, n'entraîne pas une dimi- nution trop importante de l'effort de précontrainte. Le fil en ressort convient bien aux trous de bonne qualité geometrique. On peut utiliser le fil en ressort, soit avec une extrémité libre et généralement sans balayage longitudinal, soit en fixant les deux extrémités, ce qui permet le balayage longitudinal et améliore l'écretage. Il n'est toutefois pas exclu de pratiquer un balayage longitudinal même en cas de fixation par une seule extrémité, Si l'on augmente la rigidité de l'outil par emploi de fils torsadés. Les performances de l'outil sont améliorées si on l'enduit d'une pâte abrasive. Il peut également être utilisé un fil, simple ou multiple, sinusoïdal (figure 7), dont l'amplitude a est, à l'état libre, supérieure au diamètre du trou, ce fil étant fixé à ses deux extrémités pour permettre un balayage longitudinal ici indispensable, et étant, le cas échéant, enduit d'une pâte abrasive. Cette forme de fil donne d'excellents résultats, même avec des trous de qualité géométrique moyenne (défauts de forme, tels qu'ovalisation, défauts macrogéométriques). Le choix de l'un ou l'autre des modes de réalisation précédemment décrits peut être guidé par l'observation suivante. On sait que la durée des pièces en pratique est fonction de deux paramètres qui sont les contraintes de compression de la surface et l'état de surface. Or, si tous les modes de réalisation, les contraintes de compression obtenues sont élevées, comme le montrent des mesures par diffraction des rayons X, elles sont néanmoins supérieures pour les fils avec pointes. En revanche, ce sont les fils en forme de ressort qui donnent le meilleur état de surface. Dans tous les cas, on a pu constaté que l'amélioration de la surface éta Lt une fonction croissante de la vitesse de rotation du fil, et que le temps de traitement, fonction de la dureté du métal, peut être fixé à une durée optimale (par exemple 5 mn) au-delà de laquelle on constate une saturation au point de vue du niveau des contraintes résiduelles de compression et aucune amélioration sensible de l'état de surface. Ce temps, relativement court, et la simplicité du matériel utilisé (tour classique) recommandent le procédé de l'invention pour une exploitation à grande échelle. Naturellement, les types de fils décrits peuvent être combinés ou modifiés sans sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi qu'on peut envisager d'ajouter une petite masse à l'extrémité libre d'un fil, ou de faire entrainer des billes par le fil, etc.... REVENDICATIONS 1. Procédé de reconditionnement de la surface interne d'un trou de faible diamètre, caractérisé en ce que l'on introduit au moins un fil métallique dans le trou et en ce que l'on astreint le fil à exercer un frottement intense sur la surface interne du trou en le faisant tourner a' grande vitesse. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise simultanément un balayage longitudinal du fil par rapport au trou. 3. Dispositif de reconditionnement de la surface interne d'un trou de faible diamètre, caractérisé en ce qu'il comprend - un porte-pièce (3, 4, 8) destiné à maintenir la pièce (5) comportant le trou (6), - un porte-outil (lOa) susceptible de tourner à grande vitesse et de maintenir une extrémité d'un fil métal lique (13), - des moyens de réglage relatif (4, 9) de la coaxialité du trou (6) et du porte-outil (lOa), - un fil métallique (13) maintenu par une extrémité dans le porte-outil (10a) et susceptible de traverser le trou (6) et de tourner dans celui-ci. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (3) de balayage longitudinal du fil (13) par rapport au trou (6). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une contre-pointe (11) tournante susceptible de maintenir l'autre extrémité du fil (13). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une pièce (14) de guidage d'outil comportant un trou en entonnoir adapté à l'entrée du trou (6). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le fil (13) est un fil simple. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le fil (13) est un fil multiple constitué de fils torsadés. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que le fil (13) a une extrémité libre. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que le fil (13) est un fil droit. 11. Dispositif selon les revendications 9 et 10, caractérisé en ce que le fil (13) comporte une ou plusieurs pointes. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'au moins une pointe est rapportée. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce qu'au moins une pointe (15) est constituée par l'extrémité libre recourbée du fil (13). 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que le fil (13) est de forme sinusoïdale. 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que le fil (13) est de forme hélicoïdale.