Brevet FR2866586A1 — publié le 20050826

PROCEDE DE GRENAILLAGE DE PRECONTRAINTE DE PAROIS INTERIEURES DE CORPS CREUX ET DISPOSITIF DE MISE EN U̇VRE L'invention concerne un procédé permettant un grenaillage de précontrainte efficace sur toute la surface intérieure d'une pièce creuse, par exemple un alésage de grande longueur, et le dispositif permettant la mise en u̇vre de ce procédé. Le grenaillage de précontrainte est un traitement de surface permettant d'augmenter l'endurance mécanique des pièces soumises à des sollicitations dynamiques. Cette augmentation d'endurance est obtenue par la mise en compression de la surface ce qui évite ou retarde l'apparition ou la propagation de fissures . La mise en compression est provoquée par le bombardement de la surface à traiter par exemple par de la grenaille ou des micro-billes dures qui créent une déformation plastique superficielle, elle meme engendrant la création de contraintes de compression en sous couche . Pour réaliser ce bombardement, la grenaille est mise en suspension dans un flux d'air ou de gaz pulsé à grande vitesse sur la surface à traiter en sortie d'une buse, ou est projetée par une turbine, ce qui convient parfaitement pour le traitement d'une surface extérieure . En effet l'angle d'incidence du jet de gaz contenant les particules de grenaille en suspension peut etre choisi de façon appropriée pour obtenir un angle d'impact correct sur la surface à traiter, tout en permettant l'évacuation rapide de ces particules en aval . Lorsqu'il s'agit de grenailler un alésage ou la surface interne d'une pièce creuse, le problème se complique car on ne peut plus utiliser la turbine . L'utilisation d'une buse d'air ou de gaz pulsé ne donne pas non plus satisfaction. En effet le gaz présentant en sortie de buse un flux sensiblement laminaire, la grenaille traverse la cavité à traiter sans impacter correctement sa surface, les lignes de flux restant sensiblement parallèles aux génératrices des parois de cette cavité . Pour remédier à cet inconvénient, on a généralement recours soit à des déflecteurs situés à l'extrémité d'une lance à air pénétrant dans l'alésage ou la cavité à traiter, soit à des cibles mobiles ( c'est à dire un obstacle placé sur la trajectoire du gaz à l'intérieur de la cavité ) destinés à dévier le trajet du gaz et de la grenaille en suspension dans celui-ci pour qu'elle impacte efficacement la surface à traiter sous un angle convenable pour obtenir les caractéristiques recherchées. Ces systèmes présentent trois inconvénients majeurs en termes de procédure et de couts : Dans un alésage de diamètre réduit, ils créent une obstruction qui en limitant le débit de grenaille augmente le temps de traitement ( nonobstant le fait qu'en dessous d'un certain diamètre ou section à traiter il n'est plus possible d'introduire une lance ou une cible dans la cavité, principalement si celle-ci est longue ou courbée .) La déviation du jet use considérablement la lance ou la cible( bien que réalisées avec des matériaux très durs et très coûteux ) tout en absorbant une partie significative de l'énergie cinétique destinée au traitement de la pièce, entrainant ainsi une surconsommation d'énergie . La grenaille est détériorée par la cible ou le déflecteur autant que par la surface à traiter, réduisant sa durée de vie . Ces différentes techniques existantes, outre leur cout très élevé du fait de l'usure des pièces et des temps de changement d'outillage, ne peuvent pas permettre de traiter de façon correcte et homogène des alésages de grande longueur et de rapport longueur/largeur élevé. Or il existe de nombreuses pièces de section intérieure sensiblement cylindrique, pour lesquelles le grenaillage de précontrainte apporte une amélioration très sensible à leur résistance, du fait de leur sollicitation alternée .Pour résoudre ce problème et pallier les graves inconvénients des systèmes connus précédemment décrits, on a eu l'idée d'un procédé de grenaillage et d'un dispositif permettant de le mettre en u̇vre en transformant l'écoulement sensiblement laminaire en sortie de buse du gaz transportant la grenaille, en écoulement turbulent durant toute sa traversée de l'espace intérieur dont la ou les parois sont à traiter. Du fait de cet écoulement turbulent, les particules de grenaillage ont des trajectoires aléatoires qui deviennent incidentes par rapport à la surface à traiter. On a donc des trajectoires brisées impactant parfaitement la surface et produisant le résultat escompté c'est à dire sa mise en compression sur tout le parcours du flux . De plus ces trajectoires brisées concourent à l'entretien de la turbulence sur toute la longueur du parcours à l'intérieur de la cavité . Pour la mise en u̇vre du procédé selon l'invention, c'est à dire la transformation du flux de gaz chargé de grenaille de laminaire en turbulent, le dispositif selon l'invention comporte une buse de grenaillage de type connu, prolongée d'un embout dont la forme intérieure modifie localement la section de passage de la veine gazeuse contenant la grenaille en suspension. Les modifications de vitesse et de gradient de pression dans cette zone favorisent le décollement des couches gazeuses et rendent l'écoulement turbulent, permettant d'obtenir le résultat recherché précedemment décrit. Ces modifications de section peuvent être unique ou multiples, selon l'intensité du résultat recherché, liée à la longueur de la cavité à traiter. Selon un premier mode de réalisation de l'extrémité de buse, celle-ci passe d'une section circulaire à une section elliptique ou aplatie . Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'intérieur de la sortie de la buse comporte une ou des rainures perpendiculaires à l'axe du jet ou de forme hélicoidale. Selon encore une autre variante, l'intérieur de la buse est garni d'un ressort hélicoidal d'un diamètre extérieur sensiblement identique à celui de la buse, créant ainsi une section de passage variable en spirale pour le flux de gaz. Selon un mode de réalisation de l'invention, cette extrémité de buse est amovible ce qui présente deux avantages : - la possibilité de la fixer sur une buse existante. - L'interchangeabilité pour tenir compte des caractéristiques de la cavité à Selon encore une variante du dispositif selon l'invention, un embout de même principe, mais non obligatoirement identique à l'embout utilisé en entrée, peut etre présenté en sortie de cavité à traiter, prolongeant la canalisation formée par la buse d'injection et la cavité, pour renforcer la turbulence, particulièrement si cette cavité est longue par rapport à sa section . On comprend que pour des séries importantes, les embouts pourront etre fixés à demeure sur la machine de part et d'autres des pièces à traiter qui seront présentées manuellement ou par un système automatisé . Les figures annexées, données à titre d'exemples non limitatifs permettront de mieux comprendre les caractéristiques et la portée du procédé et de ses dispositifs de mise en u̇vre selon l'invention. La figure 1 est une vue d'une buse de grenaillage de surface externe ; La figure 2 est une vue d'une turbine de grenaillage pour surface externe. La figure 3 est une vue d'un dispositif de lance avec déflecteur pour le grenaillage des parois internes d'une cavité. La figure 4 est une vue d'un dispositif de grenaillage de paroi interne de cavité au moyen d'une buse et d'une cible mobile . La figure 5 est un schéma d'écoulement laminaire de la grenaille .. La figure 6 est un schéma montrant la trajectoire de la grenaille en écoulement turbulent. La figure 7 représente un embout de buse selon l'invention en coupe longitudinale et en section transversale. La figure 8 représente une variante de réalisation d'embout de buse selon l'invention. La figure 9 représente une autre variante de réalisation d'un embout permettant la mise en u̇vre du procédé selon l'invention.La figure 10 représente un embout démontable de buse selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 11 montre une pièce à grenailler entre deux embouts permettant d'amplifier l'écoulement turbulent sur une grande longueur à traiter. On a représenté sur la figure 1 une buse de grenaillage (1) destinée au traitement de la surface externe d'une pièce (2). Cette buse comporte une canalisation (3) ou arrive le gaz, généralement de l'air sous pression éjecté vers la pièce (2) .Une canalisation (4) contenant la grenaille est piquée sur la canalisation d'air (3 ) .La dépression créée dans cette canalisation (4) aspire la grenaille (5) qui est éjectée vers la pièce (2) selon un angle (6) convenablement choisi pour l'efficacité du traitement. La figure 2 montre une variante de traitement au moyen d'une turbine (7) projetant la grenaille ( 5) sur la pièce 2. La figure 3 est une vue d'une buse (1) prolongée à l'extrémité d'une lance (8) comportant un déflecteur (9) à son extrémité . La grenaille (5) est ainsi déviée en direction de la paroi (10) de la cavité à traiter selon un angle convenable (11). La lance doit tourner autour de son axe (12) selon la flèche (13) pour que le jet de grenaille (5) traite l'intégralité de la paroi (10). La figure 4 montre un dispositif de cible (14) coopérant avec une buse de grenaillage (1) pour le traitement de la paroi (10) de la cavité à traiter. La buse (1) injecte le jet de gaz chargé de grenaille (5) dans l'axe de la cavité ; le jet de grenaille (5) est dévié selon l'angle convenable (6) pour obtenir le traitement souhaité.On comprend que la cible (14) est considérablement usée par le jet de grenaille (5) et que la mise en u̇vre est délicate du fait qu'il faut déplacer la cible (14) au fur et à mesure du traitement. On a représenté sur la figure 5 un schéma d'écoulement laminaire du flux de gaz chargé de grenaille (5). Les particules de grenaille n'impactent pas la paroi (10 ) de la cavité. On a représenté sur la figure 6 un schéma d'écoulement turbulent du flux de gaz chargé de grenaille (5). Les particules de grenaille ont alors des trajectoires brisées (15) impactant la paroi (10) de la cavité. On a représenté sur la figure (7) un embout (16) de buse modifié selon l'invention pour produire un écoulement turbulent du flux de gaz chargé . La vue A montre une section longitudinale de l'embout(16) de buse qui comprend une partie cylindrique (17) prolongeant la canalisation d'arrivée de la buse (1), suivie d'une section aplatie (18). La vue B montre le même dispositif en section transversale selon CC (fig7A). On a représenté sur la figure 8, un autre mode de réalisation de l'embout de buse pour la mise en u̇vre du procédé selon l'invention. Une rainure (19) est pratiquée dans la paroi interne (20) de l'embout de buse ; selon une autre variante plusieurs rainures (19) peuvent se suivre selon l'intensité de turbulence souhaitée sans modifier le principe de l'invention . La figure 9 représente une autre variante de l'embout (16) selon l'invention ; la variation de section est obtenue par l'incorporation d'un ressort(21) hélicoïdal de type connu, qui provoque plusieurs variations de section successives en forme d'hélice. Ce dispositif présente l'avantage de pouvoir être facilement interchangeable lorsque il est usé par le passage de la grenaille ou lorsque l'on désire modifier la turbulence du flux . La figure 10 représente un embout(16) de buse selon l'invention pouvant être démonté afin de permettre son changement en cas d'usure ou de nécessité de modifier les conditions de turbulence du flux en sortie. La figure 11 représente une variante du dispositif de production du flux turbulent à l'intérieur d'une pièce à traiter par le procédé selon l'invention.Des embouts(16) sont placés à l'entrée (22) de la cavité (23) à traiter et à sa sortie(24) de façon à accentuer l'effet de turbulence créé en sortie de buse (1) sur toute la longueur de cette cavité (23). Les avantages et la nouveauté du procédé ressortent des explications et des dessins précédents. Le procédé de mise en turbulence du flux de gaz chargé de grenaille en sortie de buse permet d'effectuer un traitement de grenaillage de précontrainte efficace sur toute la longueur d'une cavité, meme de faible section. Ce procédé ne nécessite pas de pièce d'usure annexe, dont la position doit etre réglée en permanence au cours du traitement. L'économie est donc réelle, en termes de matériel et de durée de traitement, ce qui est un avantage considérable particulièrement pour des pièces de grande série( à titre d'exemple, on citera les pièces destinées à la construction d'automobiles ) La mise en u̇vre du procédé peut etre faite au moyen d'embouts rapportés sur les buses existantes, interchangeables selon le résultat recherché . REVENDICATIONS 1) Procédé de traitement de grenaillage de précontrainte de parois intérieures d'une cavité par un flux de gaz transportant de la grenaille éjecté de la canalisation d'une buse pour être injecté dans cette cavité, caractérisé en ce que le flux sensiblement laminaire est transformé en flux turbulent à sa sortie de buse ( 1 ) et contre les parois ( 10) de la cavité à traiter . 2) Dispositif pour la mise en u̇vre du procédé décrit dans la revendication 1 , caractérisé en ce que l'extrémité de la canalisation de sortie de la buse ( 1) comporte sur une longueur appropriée au moins une modification de sa section interne 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la canalisation de sortie de buse (1) comporte une section cylindrique (17) suivie d'une section aplatie (18) . 4) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que la paroi interne (20) de l'embout de buse comporte au moins une rainure (19). 5) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que un ressort hélicoïdal (21) est monté dans la canalisation de sortie de l'embout (16). 6) Dispositif selon les revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'embout (16) est démontable par rapport à la buse (1). 7) Dispositif selon les revendications 2 à 5 caractérisé en ce que des embouts (16) à section variable sont placés aux deux extrémités (22) et (24) de la cavité (23) à traiter.