Brevet FR2801322A1 — publié le 20010525

Procédé de grenaillage par ultrasons de surfaces annulaires de grandes dimensions sur des pièces minces Description L'invention se rapporte à un procédé de grenaillage dit "par ultrasons" mettant en oeuvre un brouillard de microbilles à l'intérieur d'une enceinte et plus particulièrement à un o10 procédé de grenaillage de surfaces annulaires de grandes dimensions sur des pièces minces. Il est connu de grenailler la surface de pièces métalliques par projection de microbilles. En impactant la surface de la pièce avec un angle d'incidence faible par rapport à la perpendiculaire à cette surface et avec une énergie cinétique suffisante, les microbilles provoquent une mise en compression permanente de la surface sur une faible épaisseur. Cette mise en compression s'oppose à l'apparition et à la progression des fissures à la surface de la pièce et permet ainsi d'en améliorer la résistance à la fatigue. Les microbilles sont couramment des billes de palliers à roulement. Elles sont habituellement en céramique ou en acier avec un diamètre de 0,2mm à 4mm. Le grenaillage est effectué à l'intérieur d'une cabine fermée à l'aide de buses alimentées simultanément en gaz comprimé et en microbilles, le gaz comprimé assurant la propulsion des microbilles. On produit en aéronautique des pièces minces et de grandes dimensions dont le grenaillage pose quelques difficultés: * Les grandes pièces exigent de grandes cabines, * Le grenaillage est souvent léger pour ne pas déformer les pièces minces. Celles-ci en effet ne peuvent pas reprendre sans se déformer les sollicitations provoquées par les contraintes de compression résultant d'un grenaillage important, cette compression s'étendant alors en profondeur sous la surface grenaillée. * L'exposition de la pièce au grenaillage passe par un optimum qui donne à cette pièce la meilleure résistance. Un tel grenaillage est cependant difficile à assurer car les buses de grenaillage sont délicates à régler et ne sont pas stables. Ainsi, un grenaillage insuffisant ne donne pas la résistance prévue, mais il est encore possible d'atteindre l'optimum en effectuant un grenaillage complémentaire. Au contraire, un grenaillage excessif provoque une dégradation superficielle irrécupérable de la pièce avec un abaissement de sa résistance. On connaît par le brevet FR.2.689.431 un procédé de grenaillage dit improprement "par ultrasons" consistant à entretenir un "brouillard" de microbilles à l'intérieur d'une enceinte, l'entretien étant réalisé à l'aide d'un vibrateur agissant à des fréquences de l'ordre de 20 KH, I'enceinte étant ouverte, la pièce étant appliquée contre l'ouverture de l'enceinte, le grenaillage étant assuré par les impacts des microbilles sur la pièce, o0 l'enceinte et la pièce étant animés d'un mouvement relatif visant à faire passer l'enceinte sur toute la surface de la pièce à grenailler. Le brevet montre aussi comment grenailler des pièces circulaires telles des arbres. Le terme "brouillard" est utilisé par analogie avec les brouillards formés de minuscules gouttelettes d'eau. En effet, dans le procédé de grenaillage par ultrasons, les microbilles sont animées de vitesses aléatoires en module et en direction, ce qui les fait ricocher entre elles, contre les parois de l'enceinte et contre la surface de la pièce au contact du brouillard de microbilles. Ce brevet donne des exemples de pièces massives capables de reprendre sans se déformer les sollicitations résultant du grenaillage. Ce procédé ne permet pas cependant de grenailler des pièces circulaires minces, car celles-ci commencent à se déformer très tôt pendant le grenaillage même. Même si la surface est uniformément grenaillée, ces déformations ne sont que partiellement résorbées à la fin du grenaillage car la mise en contrainte s'effectue par la déformation plastique et non linéaire de la matière. De plus, le procédé exige que le grenaillage soit arrêté avec précision lorsque la pièce a fait un tour si on veut obtenir un grenaillage homogène. En effet, un arrêt tardif du grenaillage produira un excès localisé de grenaillage sur une zone de recouvrement alors qu'un arrêt prématuré produira un manque localisé de grenaillage qu'il sera difficile de compléter sans provoquer un grenaillage excessif juste à coté. Un premier problème à résoudre est de grenailler sans les déformer les pièces minces et circulaires dont les dimensions sont supérieures à celles de l'enceinte de grenaillage. Un second problème à résoudre est de garantir un grenaillage homogène sur toute la surface à grenailler. L'invention propose un procédé de grenaillage par ultrasons de surfaces annulaires de grande dimensions sur des pièces minces, ledit procédé consistant à faire passer la surface à grenailler devant l'ouverture d'une enceinte de grenaillage, ladite enceinte renfermant un "brouillard" de microbilles entretenu par un vibrateur à l'intérieur de l'enceinte, lesdites microbilles venant impacter la portion de la surface à grenailler présentée devant l'ouverture, lesdits impacts provoquant le grenaillage, ladite enceinte et ladite pièce étant animées d'un mouvement relatif de rotation pour faire passer toute la surface à grenailler devant l'ouverture de l'enceinte pendant le grenaillage. 1o Un tel procédé est remarquable en ce que la surface à grenailler effectue pendant le grenaillage au moins N = cinq révolutions devant l'ouverture de l'enceinte. En d'autres termes, le grenaillage est effectué en N passages devant l'ouverture de l'enceinte, chaque point de la surface à grenailler passant N fois devant l'ouverture de l'enceinte, chaque passage apportant une fraction sensiblement égale à 1/N du grenaillage total à effectuer. Un tel procédé a pour effet d'améliorer l'homogénéité du grenaillage sur toute la surface à grenailler pendant l'exécution même du grenaillage. Il a été constaté que cette homogénéité réduit les déformations de la pièce pendant le grenaillage ainsi que les déformations résiduelles de la pièce lorsque le grenaillage est achevé. Ce résultat pourrait s'expliquer par le fait que les sollicitations imposées à la pièce pendant le grenaillage restent sensiblement uniformes sur toute la surface grenaillée. Ainsi est résolu le premier problème. De plus, il n'est plus nécessaire d'arrêter le grenaillage avec précision lorsque la pièce aura fait N passages devant l'enceinte de grenaillage, car l'excès ou le manque de grenaillage résultant de cette imprécision sera au plus égale à 1/N du grenaillage total, ce qui résout le second problème. L'inventeur considère que le résultat obtenu est acceptable à partir de N = 5 révolutions. Ce résultat sera évidemment meilleur avec un nombre de révolutions plus important, par exemple 20 ou 100. Un nombre N important s'impose pour grenailler des pièces très minces. Un avantage du procédé est de permettre de permettre un grenaillage important et poussé jusqu'à l'optimal sur des pièces minces sans les déformer, puisque pendant tout le grenaillage, les sollicitations imposées a la pièce restent uniformes. Le procédé objet de la présente demande de brevet d'invention ne saurait être confondu avec le procédé divulgué dans le brevet cité et ne nous paraît non plus être suggéré par ce brevet. Bien que le brevet ne dise pas explicitement que le grenaillage est effectué en un seul passage, il le sous-entend. En effet. En page 7 ligne 20 est donnée la formule Vi = Ai I To, Vi étant la vitesse de déplacement de l'enceinte sur la pièce, Ai étant la largeur de la surface vibrante qui se confond sensiblement avec la largeur de l'enceinte au vu de la figure 1 et To étant la durée de l'exposition de la surface au grenaillage, cette durée étant donnée par une formule en page 7 ligne 7. Si le grenaillage était effectué en N passages, il aurait fallu écrire Vi = N x Ai / To afin que chaque partie de la surface grenaillée soit bien exposée pendant la durée To. Donc, N = 1 est la seule façon d'interpréter ce brevet. Par ailleurs, il est dit notamment en page 7 lignes 24 à 34 qu'une vitesse supérieure conduit à un grenaillage insuffisant alors qu'une vitesse inférieure conduit à un "écrouissage excessif". Le paramètre vitesse Vi est ici important car il faut grenailler exactement toute la périphérie de la pièce en un seul tour ou en un très petit nombre de tours, afin de respecter la durée To pendant laquelle chaque partie de surface doit être exposée au grenaillage. Avec la présente invention au contraire, ce paramètre vitesse est sans importance, à condition évidemment qu'il reste faible en comparaison de la vitesse des microbilles venant impacter la pièce. L'invention sera mieux comprise et les avantages qu'elle procure apparaîtront plus clairement au vu d'un exemple détaillé de réalisation et de la figure unique annexée illustrant le grenaillage de la surface d'appui de la bride d'un cône d'entraînement de turbomoteur pour aéronef. On se reportera à la figure unique. La pièce 1 est un cône d'entraînement sur un turbomoteur pour aéronef. La pièce 1 est constituée par une paroi mince et a une forme circulaire de révolution autour d'un axe géométrique 2. La pièce 1 comporte un fût 3 tronconique dont l'extrémité de plus grand diamètre est prolongée radialement par une bride 4, ladite bride 4 comportant elle-même une surface d'appui 5 à grenailler, ladite surface d'appui 5 étant annulaire, plane et radiale. On utilise une enceinte 10 à l'intérieur de laquelle est entretenu un brouillard de microbilles 11, ladite enceinte étant délimitée latéralement par une paroi 12, ladite enceinte comportant une ouverture 13 dont les bords sont référencés 14. On utilise également un vibrateur 20 constitué par une sonotrode 21 mise en résonance par l'une de ses extrémités par un générateur 22 de vibrations qui est habituellement à quartz, l'autre extrémité de la sonotrode 21 comportant une surface 23 vibrante et sensiblement l0 plane, ladite surface vibrante 23 étant placée au fond de l'enceinte 10 et étant en regard de l'ouverture 13. Le générateur de vibrations 22 met en résonance longitudinale la sonotrode 21. La surface vibrante 23 ainsi excitée transmet de l'énergie aux microbilles qui rebondissent sur la surface à grenailler 5 en regard de l'ouverture 13 et sur les parois de l'enceinte 12, lesdites microbilles perdant alors progressivement de l'énergie, lesdites microbilles arrivant également sur la surface vibrante 23 qui leur redonne une nouvelle énergie. Ainsi, les microbilles se meuvent à l'intérieur de l'enceinte à des vitesses aléatoires en grandeur et en direction, ces microbilles formant ainsi un véritable "brouillard" de microbilles à l'intérieur de l'enceinte 10. Pour grenailler le surface 5: * on met une dose de microbilles dans l'enceinte, ò on positionne la pièce 1 de façon à amener la surface à grenailler 5 devant l'ouverture 13 avec un jeu E par rapport aux bords 14 de l'ouverture 13, ledit jeu E étant inférieur au diamètre des microbilles, * on met la pièce 1 en rotation selon son axe géométrique 2, * on active le générateur de vibrations 23 pendant une durée préétablie T, ladite vitesse de rotation étant calculée simplement pour que la pièce fasse au moins N = 5 tours pendant la durée T, * on arrête le générateur de vibration 23 au bout du temps T et on retire la pièce 1. Un avantage du procédé est que le grenaillage est effectué sans contact entre la pièce 1 et l'enceinte 10, ce qui permet d'éviter toute dégradation de la surface de la pièce. Malgré cela, les microbilles sont retenues à l'intérieur de l'enceinte 10 car le-jeu E est inférieur au diamètre desdites microbilles. Cette disposition a aussi l'avantage d'éviter l'utilisation de patins d'usure sur l'enceinte 10 La durée totale T pendant laquelle la pièce est exposée au grenaillage est donnée par la formule: T=To x I x D/L dans laquelle To est la durée de l'exposition au grenaillage de chaque élément de la surface à grenailler 5, D est le diamètre moyen de ladite surface 5 et L est la largeur de 1o l'enceinte 10 prise tangentiellement au déplacement de ladite surface 5 devant l'ouverture 13, c'est à dire perpendiculairement au plan de la figure unique. Si la surface 5 à grenailler n'est pas plane, on donnera aux bords 14 de l'enceinte 10 une forme complémentaire à ladite surface, afin de maintenir le jeu E. Revendications 1. Procédé de grenaillage par ultrasons de surfaces annulaires de grandes dimensions sur des pièces minces, ledit procédé consistant à faire passer la surface à grenailler (5) devant l'ouverture (13) d'une enceinte (10) de grenaillage par ultrasons, ladite enceinte (10) renfermant un "brouillard" de microbilles (11) entretenu par un vibrateur (20) à l'intérieur de l'enceinte (10), lesdites microbilles venant impacter la portion de la surface à grenailler (5.) présentée devant l'ouverture (13), lesdits impacts provoquant le grenaillage, ladite enceinte (10) et ladite pièce (1) étant animée d'un mouvement relatif de rotation pour faire passer toute la surface à grenailler devant l'ouverture (13) pendant le grenaillage, caractérisé en ce que la surface à grenailler (5) effectue au moins N = cinq révolutions devant l'ouverture (13) pendant le grenaillage. 2. Procédé selon la revendication 1, I'ouverture (13) comportant des bords (14), caractérisé en ce que la surface à grenailler (5) est positionnée devant l'ouverture (13) avec un jeu E, ledit jeu E étant inférieur au diamètre des microbilles utilisées.