Brevet FR2648380A1 — publié le 19901221

1. La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour améliorer, par grenaillage, la résistance à la fatigue des ressorts hélicoïdaux et plus particulièrement des ressorts hélicoïdaux de compression. Le grenaillage est un procédé de traitement de surface qui consiste à projeter de la grenaille contre la surface à traiter. La résistance à la fatigue des pièces métalliques peut être améliorée par ce procédé, à condition que la grenaille soit bien arrondie, qu'elle soit projetée à grande vitesse et que les impacts couvrent entièrement les surfaces sollicitées de la pièce à traiter. Chaque impact de grenaille sur la surface de la pièce y produit une déformation qui engendre des tensions internes de compression, qui écrouit le métal et qui atténue les petites irrégularités éventuelles. Tous ces effets contribuent à augmenter la résistance à la fatique de la pièce, à condition qu'aucune portion de surface sollicitée ne soit oubliée. Les tensions internes qui viendront, par la suite, compenser les contraintes d'utilisation, peuvent être augmentées si la pièce est grenaillée, sous tension, dans un état de contraintes analogue à celui qu'elle supportera en service. L'augmentation est d'autant plus sensible que la tension du métal pendant le grenaillage est plus forte. L'efficacité maximum d'un ressort hélicoidal est obtenue en faisant travailler toute sa surface aux contraintes maximales. Les tensions internes de grenaillage permettent d'augmenter la valeur des contraintes admissibles en service et donc l'efficacité du ressort, mais l'orientation dans toutes les directions de la surface du ressort hélicoidal rend difficile la mise en oeuvre du grenaillage. La méthode la plus couramment utilisée qui consiste à déplacer le ressort sous un jet conique de grenaille projetée à grande vitesse par une turbine ne permet d'atteindre toutes les surfaces et en particulier les surfaces internes du ressort que si les spires sont suffisamment espacées. S'il s'agit d'un ressort hélicoïdal de compression que l'on veut grenailler sous forte tension, le recouvrement des. surfaces internes par les impacts de grenaille n'est pas suffisant pour y apporter une amélioration sensible. Les surfaces internes du ressort peuvent être définies comme étant celles qui constituent la paroi interne du ressort lorsque celui-ci est à spires jointives. Les surfaces comprises entre les spires ne sont que peu soumises à des tensions internes puisqu'elles ne reçoivent que des impacts tangentiels de grenaille. Une méthode de grenaillage utilisée généralement pour le nettoyage consiste à entraîner la grenaille dans un jet d'air comprimé. Cette méthode est parfois utilisée aussi pour améliorer la résistance à la fatigue, en diminuant le diamètre de l'ajutage de sortie du jet pour que sa vitesse soit sensiblement la même que celle obtenue avec de la grenaille projetée par une turbine. L'angle au sommet du cône formé par le jet de grenaille devient très aigu et la surface d'impact couverte par le jet très étroite. Par suite, il faut beaucoup de temps pour grenailler un ressort hélicoïdal. De plus, une partie des surfaces n'étant atteinte que par un jet tangentiel, n'est pas soumise à des tensions internes suffisamment fortes et constitue une zone de faiblesse susceptible d'être le siège d'une rupture ultérieure. Le brevet japonais publié sous le numéro 56-107880 donne un exemple d'application de cette méthode. Pour gagner du temps deux buses, l'une à l'intérieur, l'autre à l'extérieur du ressort sont animées d'un mouvement de translation alternatif parallèlement à l'axe du ressort en projetant de la grenaille contre le ressort comprimé et animé simultanément d'un mouvement de rotation. La grenaille étant toujours projetée dans la même direction, il en résulte que toutes les surfaces ne reçoivent pas la même intensité de grenaillage; certaines ne sont atteintes que tangentiellement et ne sont donc soumises qu'à de faibles tensions internes. Que la grenaille soit projetée par une turbine ou entraînee par un courant d'air comprimé, les tensions internes que l'on applique au ressort ne sont jamais uniformément réparties et font l'objet d'un compromis entre deux exigences contradictoires. Pour que le grenaillage soit efficace, il faudrait que la grenaille frappe en tous points le ressort perpendiculairement à sa surface et donc que les spires soient très écartées, ce qui excluerait le grenaillage sous tension d'un ressort de compression. Pour que le ressort acquiert le maximum de tensions internes, il devrait être grenaille dans l'état de contrainte le plus élevé possible, c'est-àdire être comprimé à spires jointives, mais alors les surfaces de contact entre spires ne seraient pas grenaillées et constitueraient des zones de faiblesse susceptibles de constituer une amorce de rupture. La présente invention apour but de réaliser des ressorts hélicoïdaux. de compression à hautes performances capables de résister sans dommage à de fortes amplitudes de contraintes conduisant le ressort à un état de spires presque jointives. Les surfaces externes du ressort, qui sont moins sollicitées en service que les surfaces internes, n'ont pas besoin d'être autant grenaillées. Le ressort est comprimé à spires jointives ou presque jointives pendant le grenaillage mais il est cependant nécessaire de laisser assez de passage à la grenaille entre les spires du ressort. En revanche, les surfaces internes du ressort acquièrent une meilleure résistance à la fatigue quand elles sont grenaillees à spires jointives. Ce but est atteint conformément à l'invention au moyen d'un dispositif pour améliorer la résistance à la fatigue d'un ressort hélicoïdal de compression par grenaillage des surfaces internes dudit ressort, comprenant un distributeur de grenaille et un organe mobile de projection de grenaille disposé coaxialement à l'intérieur dudit ressort et des moyens de compression dudit ressort, caractérisé en ce que ledit organe mobile de projection de grenaille comprend un rotor cylindrique. 2648 3 8 0 Selon une caractéristique de l'invention, le rotor est à vitesse variable et l'axe commun du ressort et du rotor est sensiblement vertical pendant le grenaillage. Selon une autre caractéristique du procédé de l'invention, ledit rotor cylindrique à vitesse variable est pourvu sur sa paroi latérale d'ailettes périphériques adaptées pour projeter la grenaille provenant du distributeur contre les surfaces internes du ressort en fonction de la vitesse de rotation réparties en deux séries dont l'une s'étend parallèlement à l'axe vertical dudit rotor et l'autre s'étend obliquement par rapport audit axe vertical. Selon un autre aspect du dispositif de l'invention, le distributeur de grenaille comprend un plateau supérieur sensiblement horizontal monté au-dessus du rotor et comportant, au niveau de sa partie inférieureun logement adapté pour recevoir en contact d'appui l'extrémité supérieure du ressort et au moins un conduit de distribution de grenaille. Selon encore un autre aspect du dispositif de l'invention, lesdits moyens de compression du ressort sont constitués par ledit plateau supérieur actionné dans le sens vertical par un jeu de vérins hydrauliques et par un plateau inférieur supportant et calant l'extrémité inférieure du ressort; ledit plateau supérieur supportant un moteur destiné à entraîner ledit rotor. Un autre objet de l'invention est un procédé d'amélioration de la résistance à la fatigue d'un ressort hélicoidal de compression comprenant notamment le grenaillage des surfaces internes du ressort, caractérisé en ce que le grenaillage est réalisé par de la grenaille déviée à l'intérieur du ressort et projetée dans différentes directions par un rotor. Selon une caractéristique du procédé de l'invention, le grenaillage est effectué à l'intérieur du ressort, de telle sorte que les surfaces internes du ressort soient percutées au moins directement et perpendiculairement par ladite grenaille. Selon encore une autre caractéristique, ledit ressort est maintenu au moins partiellement à l'état comprimé. Selon un autre aspect du procédé de l'invention, ledit ressort est comprimé progressivement pendant le grenaillage jusqu'à l'état de spires presque jointives. Selon une variante du procédé, ledit ressort est maintenu comprimé pendant le grenaillage à l'état de spires presque jointives. Encore un autre objet de l'invention est un ressort hélicoïdal de compression possédant une résistance à la fatigue améliorée et obtenu par le procédé de l'invention. Ainsi, selon la présente invention, les surfaces internes du ressort sont avantageusement grenaillées par des jets de grenaille différemment orientés de telle sorte que tous les points de ces surfaces sont au moins une fois durant le grenaillage percutés sous un angle efficace. Compte tenu de la compression progressive pendant le grenaillage, on obtient également un grenaillage efficace des faces en regard des spires au début de la compression par des jets pratiquement perpendiculaires à leurs surfaces. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre accompagnée du dessin annexé sur lequel: La figure 1 représente une vue en coupe transversale du dispositif de l'invention. Le dispositif de l'invention tel que représenté sur la figure 1 comprend un distributeur de grenaille 2 et un organe mobile 3 de projection de grenaille disposé à l'intérieur du ressort 1 de façon coaxiale par rapport audit ressort. Le dispositif de l'invention comprend également des moyens de compression du ressort 1 pour rendre progressivement pendant le grenaillage ses spires jointives ou presque jointives. L'organe mobile de projection 3 de grenaille comprend un rotor cylindrique 5 à vitesse variable. De préférence, l'axe commun du rotor et du ressort est sensiblement vertical pendant le grenaillage, Le rotor 5 est pourvu sur sa paroi latérale comprise à l'intérieur du ressort 1, de deux séries d'ailettes périphériques 6, 7 dont l'une.6 s'étend parallèlement à l'axe vertical dudit rotor 5 et l'autre 7 s'étend obliquement par rapport audit axe vertical. Ces ailettes 6,7,7' sont adaptées pour dévier et projeter la grenaille provenant du distributeur 2 dans toutes les directions contre les surfaces internes du ressort 1 en fonction de la vitesse de rotation. Le distributeur de grenaille 2 comprend un plateau supérieur 8 sensiblement horizontal monté au-dessus du rotor 5 et comportant au niveau de sa partie inférieure un logement 9 adapté pour recevoir en contact d'appui l'extrémité supérieure du ressort 1 et au moins un conduit 10 de distribution de grenaille. Le conduit 10 tel qu'il est représenté sur la figure 1, est réalisé dans la masse du plateau supérieur 8 sous la forme d'un évidement tronconique dont les faces latérales sont inclinées pour permettre un écoulement progressif par gravité de la grenaille. Les moyens de compression du ressort 1 sont constitués par le plateau supérieur 8 actionné dans le sens vertical par un jeu de vérins hydrauliques 11 et par un plateau inférieur 12 supportant et calant l'extrémité inférieure du ressort 1. Le rotor 5 est mû de préférence à vitesse variable par un moteur 13 monté coaxialement sur le plateau supérieur 8. Le ressort hélicoidal de compression 1 est donc comprimé soit progressivement, soit en une seule phase entre les deux plateaux 8 et 12 avant ou pendant l'opération de grenaillage au moyen des vérins hydrauliques 11 et la mise en place du ressort 1 entre les plateaux 8, 12 se fait préalablement à l'introduction du rotor 5 de façon coaxiale au centre du ressort 1. Une fois que le ressort est amené à l'état partiellement comprimé, on effectue, selon le procédé de l'invention, le grenaillage à l'intérieur du ressort suivant toutes les directions angulaires, de telle sorte que les surfaces internes soient percutées au moins directement et perpendiculairement par ladite grenaille, c'est-à-dire suivant la normale à chacune de ces surfaces. Cette opération est réalisée en alimentant tout d'abord le distributeur 2 en grenaille et en mettant le rotor 5 en rotation au moyen du moteur 13. La grenaille s'écoule par gravité à l'intérieur des conduits 10, tombe à l'intérieur du ressort 1 o elle est frappée et déviée par les ailettes périphériques 6, 7 du rotor 5 en mouvement. La cinétique ultérieure de la. grenaille dépend de la vitesse du rotor et du type d'ailette avec laquelle a lieu le choc. Si la grenaille est frappée par une ailette 6 qui s'étend parallèlement à l'axe du rotor 5, sa trajectoire sera plut6t orientée dans une direction sensiblement horizontale. Si la grenaille est frappée par la face supérieure d'une ailette 7, la trajectoire ultérieure de la grenaille après le choc sera orientée vers le haut. Au contraire, si la grenaille est frappée par la face inférieure d'une ailette 7, sa trajectoire sera orientée vers le bas. Au fur et à mesure que le rotor 5 est accéléré, la proportion de grenaille frappée par les ailettes 6 augmente et on comprime alors de plus en plus le ressort 1 pour l'amener à l'état de spires presque jointives. Les surfaces internes des spires en regard du rotor 5 subissent à ce moment là un grenaillage intensif que l'on prolonge pendant une durée suffisante pour obtenir un effet sensible sur la résistance à la fatigue du ressort. Ensuite on stoppe l'alimentation en grenaille, on arrête le moteur 13 et on libère le ressort 1 des moyens de compression par détente des vérins 11. Le grenaillage des surfaces extérieures du ressort 1 est effectué de manière connue et indépendamment du grenaillage des surfaces internes décrit ci-dessus. Le procédé de grenaillage conforme à l'invention s'applique non seulement aux ressorts cylindriques en fil rond mais aussi à tous les ressorts enroulés et notamment aux ressorts coniques ou à diamètre d'enroulement variable, aux ressorts à pas variable, aux ressorts en fil conique ou à diamètre de fil variable, aux ressorts en fil carré, rectangulaire ou de section quelconque et produit des ressorts possédant une résistance à la fatigue exceptionnelle. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour améliorer la résistance à la fatigue d'un ressort hélicoïdal de compression par grenaillage des surfaces internes dudit ressort, comprenant un distributeur de grenaille et un organe mobile de projection de grenaille disposé coaxialement à l'intérieur dudit ressort et des moyens de compression dudit ressort, caractérisé en ce que ledit organe mobile de projection de grenaille comprend un rotor cylindrique. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit rotor est à vitesse variable. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'axe commun du rotor et du ressort est sensiblement vertical pendant le grenaillage. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit rotor cylindrique à vitesse variable est pourvu sur sa paroi latérale d'ailettes périphériques adaptées pour projeter la grenaille provenant du distributeur contre les surfaces internes du ressort en fonction de la vitesse de rotation. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites ailettes périphériques sont réparties en deux séries dont l'une s'étend parallèlement à l'axe vertical dudit rotor et l'autre s'étend obliquement par rapport audit axe vertical. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé que ledit distributeur de grenaille comprend un plateau supérieur sensiblement horizontal monté au-dessus du rotor et comportant au niveau de sa partie inférieure un logement adapté pour recevoir en contact d'appui l'extrémité supérieure du ressort et au moins un conduit de distribution de grenaille. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens de compression du ressort sont constitués par ledit plateau supérieur actionné dans le sens vertical par un jeu de vérins hydrauliques et par un plateau inférieur supportant et calant l'extrémité inférieure du ressort. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit rotor est mû par un moteur monté coaxialement sur le plateau supérieur. 9. Procédé d'amélioration de la résistance à la fatigue d'un ressort hélicoïdal de compression comprenant notamment le grenaillage des surfaces internes du ressort caractérisé en ce que ledit grenaillage est réalisé par de la grenaille déviée à l'intérieur du ressort et projetée dans différentes directions par un rotor. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le grenaillage est effectué à l'intérieur du ressort, de telle sorte que les surfaces internes du ressort soient percutées au moins directement et perpendiculairement par ladite grenaille. 11. Procédé selon une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que ledit ressort est maintenu au moins partiellement à l'état comprimé. 12. Procédé selon la revendication 9 ou 10 caractérisé en ce que ledit ressort est comprimé progressivement pendant le grenaillage jusqu'à l'état de spires presque jointives. 13. Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que ledit ressort est maintenu comprimé pendant le grenaillage à l'état de spires presque jointives. 14. Ressort hélicoïdal de compression possédant une résistance à la fatigue améliorée et obtenu par le procédé selon l'une des revendications 9 à 13.