Brevet FR2970976A1 — publié le 20120803

PROCEDE DE PREPARATION DE LA SURFACE INTERIEURE D'UN FUT DE CARTER CYLINDRES POUR L'APPLICATION D'UN REVETEMENT, PROCEDE DE REVETEMENT PAR PROJECTION, ET VEHICULE CORRESPONDANT [0001 La présente invention concerne un procédé de préparation de la surface intérieure d'un fût de carter cylindres pour l'application d'un revêtement sur la surface intérieure du fût. L'invention concerne en outre un procédé de revêtement de fûts de carter cylindres par projection thermique et un véhicule comportant un carter cylindres avec des fûts préparés ou revêtus à l'aide des procédés précédents. [0002] Dans le domaine des motorisations thermiques, comprenant notamment les motorisations thermiques de véhicule automobile, un bon état de surface des pièces composant le moteur thermique est souhaité. Concernant le carter cylindres, d'un moteur thermique, des procédés de revêtement thermique des fûts de carter cylindres sont connus. La figure 1 illustre un carter cylindres 80 comprenant quatre cylindres 88 délimités par la surface intérieure de fûts 82. Les figures 2A, 2B, 2C et 2D illustrent les différentes étapes d'un procédé connu aboutissant à la création d'un revêtement pour un fût 82 de carter cylindres 80. [0003] Les figures 2A et 2B illustrent des étapes formant un procédé de préparation des fûts de carters cylindres avant l'application de revêtement par projection thermique. Ainsi la figure 2A correspond à un alésage de précision du cylindre 88 (du terme anglais fineboring) à l'aide d'une fraise 70, afin de finaliser la géométrie du fût 82, à la suite du démoulage du carter cylindre 80. La figure 2B correspond à la préparation de la surface intérieure d'un fût 82 pour l'application ultérieure d'un revêtement. [0004 Cette étape illustrée à la figure 2B, consiste à créer une rugosité de surface par des techniques essentiellement mécaniques. Cette étape est une rugosification du fût 82 (du terme anglais roughening). [0005i Les figures 2C et 2D illustrent des étapes formant un procédé d'application d'un revêtement à la suite du procédé de préparation précédent. Ainsi la figure 2C correspond à la projection thermique, à l'aide d'une buse 96, d'un revêtement 90 sur la surface du fût 82 précédemment préparé. La création d'une rugosité sur la surface intérieure des fûts 82 permet d'améliorer l'adhérence du revêtement 90 appliqué ultérieurement par projection thermique. Pour assurer un bon état de surface, le revêtement projeté 90 est ensuite soumis à un rodage (du terme anglais honing), illustré par la figure 2D, et effectué par exemple à l'aide d'une machine à roder 98. [0006] Différentes technologies de préparation de surfaces intérieures de fûts 82 appliquées sur carters aluminium ou fonte existent : le sablage (également connu sous le terme anglais grit blasting). Selon la figure 2B, cette technologie consiste en la projection de particules abrasives 74, par une buse 72 sur le pourtour de la surface intérieure du fût 82. Cette technologie de préparation présente un risque de présence de particules abrasives 74 retenues à la surface des pièces traitées, ici à la surface du fût 82. Or tout enlèvement de particule abrasive 74 dans l'usinage final des alésages cylindres 88 peut potentiellement détruire les surfaces portantes, provoquant alors des passages d'huile et potentiellement entraîner des dommages irréversibles sur le moteur après assemblage. - le jet d'eau haute pression (du terme anglais high pressure water jet blasting). Cette technologie permet d'obtenir une bonne adhérence des dépôts, cependant une telle technologie reste coûteuse et peut générer des rugosités de surface inacceptables avec des profils de surfaces intérieures de fûts difficiles à obtenir de manière fine. Or la finesse des profils de surfaces intérieures des fûts 82 permet de maîtriser la bonne adhérence du revêtement projeté ultérieurement. l'usinage mécanique des surfaces (plus connu sous l'expression anglaise Mechanical Roughening Process abrégé en MRP). Cette technologie présente de nombreuses variantes. L'inconvénient de ce type de solutions est d'avoir des formes de profils limitées pour la surface intérieure du fût 82. La limitation des formes de profils de la surface intérieure entraîne une limitation de l'adhérence mécanique du revêtement projeté ultérieurement sur cette surface intérieure. [000n Il existe donc un besoin pour un procédé de préparation de la surface intérieure d'un fût de carter cylindres permettant une meilleure adhérence du revêtement projeté ultérieurement. [0008] Pour cela l'invention propose un procédé de préparation de la surface intérieure d'un fût de carter cylindres pour l'application d'un revêtement sur la surface intérieure du fût, le procédé comprenant l'usinage par électro-érosion au fil de la surface intérieure du fût. [0009] Selon une variante, le fil utilisé pour l'électro-érosion présente un diamètre compris entre 0,02 et 0,3 mm. [oolo] Selon une variante, le fil utilisé pour l'électro-érosion est constamment déroulé pendant l'électro-érosion de la surface du fût. [0011] Selon une variante, l'usinage de la surface intérieure du fût suit un profil en contre-dépouille. [0012] Selon une variante, l'usinage par électro-érosion au fil est réalisé dans de l'eau dé-ionisée en tant que milieu diélectrique. [0013] Selon une variante, le carter cylindres est en alliage d'aluminium. [0014] L'invention propose en outre un procédé de revêtement de fûts de carter cylindres par projection thermique, au moins un fût du carter cylindres ayant une surface intérieure préalablement préparée par le procédé de préparation précédent. [0015] Selon une variante, il comprend l'application par projection thermique d'un revêtement métallique, de préférence d'un revêtement à base de fer. [0016] Selon une variante, il comprend en outre un rodage après l'application par projection thermique d'un revêtement. [0017] L'invention propose en outre un véhicule comprenant un moteur, le moteur du véhicule comprenant un carter cylindres dont les fûts sont préparés par le procédé de préparation précédent ou sur les surfaces intérieures desquels est appliqué un revêtement avec le procédé de revêtement précédent. [oo1s] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en référence aux dessins qui montrent : - figure 1, un schéma d'un carter cylindres d'un moteur thermique ; ^ figures 2A, 2B, 2C et 2D, les représentations schématiques des différentes étapes d'un procédé connu aboutissant à la création d'un revêtement thermique pour un fût du carter cylindres de la figure 1 ; - figures 3 et 4, des représentations schématiques du procédé d'électro-érosion au fil ; ^ figure 5, un exemple de surface intérieure obtenu par électro-érosion au fil ; - figure 6, une représentation schématique de l'électro-érosion de la surface intérieure d'un fût de carter cylindres ; - figures 7 et 8, des exemples de profils en contre-dépouille pour l'usinage de la surface intérieure de fûts de carter cylindres par électro-érosion au fil. [0019] Il est proposé un procédé de préparation de la surface d'un fût de carter cylindres. Dans la suite de la description, il est fait référence aux figures 1 et 2A à 2D pour concrétiser la référence à un fût 82 de carter cylindres 80. La préparation de la surface du fût 82 contribue à la bonne adhérence d'un revêtement 90 appliqué ultérieurement sur la surface du fût 82, par exemple par projection thermique. [0020] Le procédé comprend l'usinage par électro-érosion au fil de la surface intérieure du fût 82. L'usinage par électro-érosion du carter cylindres 80 s'effectue par l'enlèvement de matière du fait de la génération d'une décharge électrique entre le carter cylindre, qui fait office d'électrode pièce, et un fil, qui fait office d'électrode outil. L'application d'une tension génère un champ électrique entre le fil et le carter cylindres (espace désigné par le terme anglais Gap). Le processus de décharge électrique commence là où le champ électrique est le plus intense, c'est à dire là où la distance pièce/fil est la plus petite. De plus, la décharge électrique s'amorce lorsque les deux électrodes, le fil et le carter cylindre 80, sont à une distance suffisamment petite. Une telle distance est appelée distance d'amorçage. La figure 3 illustre schématiquement la génération d'une décharge électrique 60 entre le fil 20 et la surface intérieure du fût 82 qui font office d'électrodes, respectivement cathode et anode. [0021] De par la génération de la décharge électrique 60, la matière du carter cylindres 80 fond et se vaporise. La matière peut ensuite être éjectée hors du carter cylindres 80. En d'autres termes la matière est enlevée progressivement en créant des saignées de dimensions un peu plus grande que le diamètre du fil 20. Les saignées ainsi formées ont un diamètre supérieur ou égal au diamètre du fil majoré de deux fois la distance d'amorçage entre les électrodes, le fil 20 et la surface intérieure du fût 82. La génération d'une décharge électrique est maintenue pendant l'usinage alors que le fil 20 est déplacé de façon précise à l'aide de mouvements gérés par une commande numérique, par exemple une commande numérique deux axes ou quatre axes. Le fil 20 reproduit alors petit à petit la forme programmée sur la surface intérieure du fût 82. La figure 4 illustre schématiquement l'usinage d'une surface 68 par électro-érosion au fil 20. La figure 5 montre un exemple de surface intérieure 68 usinée par électro-érosion au fil 20. [0022] La figure 6 montre une représentation schématique de l'électro-érosion de la surface intérieure du fût 82 de carter cylindres 80. Un tel usinage de la surface intérieure du fût 82 permet l'obtention de profil prédéterminé de surfaces intérieures de fûts 82 avec une très grande précision, par exemple de 3 à 50 µm. Cette très grande précision est notamment due au petit diamètre du fil utilisé, qui peut ainsi être compris entre 0,02 et 0,3 mm. En d'autre termes, l'usinage par électro-érosion au fil du fût 82 de carter cylindres 80 permet ainsi la découpe précise de la surface intérieure du fût 82. [0023] La forme de la découpe obtenue pour la surface intérieure du fût 82 n'est conditionnée qu'au mouvement du fil 20 selon un profil préalablement établi et qui peut correspondre à une forme complexe. Par exemple, il est possible de créer de multiples profils en contre-dépouille, particulièrement performants pour la bonne adhérence de revêtements projetés thermiquement. Les figures 7 et 8 montrent des exemples de profils 30 ou 32 en contre-dépouille pour l'usinage de la surface intérieure de fûts 82 de carter cylindres par électro-érosion au fil 20. Les profils 30 et 32 forment la surface intérieure entre le fût 82 et l'intérieur vide du cylindre 88. Les formes complexes obtenues peuvent aussi correspondre à une rugosité ou à un état de surface suffisant pour permettre une bonne adhérence mécanique du revêtement, tel qu'un état de surface avec un écart moyen arithmétique Ra inférieur à 1 lm. [0024] En définitive, la préparation proposée de la surface de fût de carter cylindres permet une meilleure adhérence du revêtement projeté ultérieurement. [0025] L'invention se rapporte aussi à un procédé aboutissant à la création d'un revêtement thermique pour le fût 82 de carter cylindres 80 tel qu'il a été précédemment décrit en référence aux figures 2A et 2D. En effet l'usinage par électro-érosion à fil permet d'obtenir les profils de surface intérieure assurant la bonne adhérence mécanique du revêtement appliqué ultérieurement. Le procédé comprend alors une étape d'application de revêtement à au moins un fût 82 préparé. L'augmentation de l'adhérence permet de réaliser des projections de revêtement avec une grande variété de matériaux. Les revêtements projetés thermiquement peuvent ainsi être des revêtements métalliques, tels que des revêtements à base de fer, ou encore des revêtements céramiques. De façon avantageuse, les revêtements projetés thermiquement peuvent être des revêtements de base métallique mais comprenant en outre des céramiques. [0026] Le revêtement par projection thermique sur la surface intérieure du fût 82 permet de se passer des chemises en fontes classiquement insérées à la coulée dans le cas d'un carter cylindres 80 en aluminium. Dans le cas d'un carter cylindres 80 en fonte, le revêtement apporte une amélioration des propriétés tribologiques. [0027] II peut aussi être prévu d'appliquer une sous-couche d'adhérence préalablement à la projection thermique. La sous-couche d'adhérence peut être choisie en fonction de la matière composant le carter cylindres 80. Ainsi on peut choisir un revêtement de base NiAI pour les carters en fonte, et un revêtement de base NiCr pour les carters en aluminium. [0028] Le procédé de revêtement proposé peut comprendre un rodage après l'application par projection thermique du revêtement tel que précédemment décrit en référence avec la figure 2D. [0029] L'invention se rapporte encore à un véhicule comprenant un moteur lui-même comprenant un carter cylindres 80. Les fûts 82 du carter cylindres 80 de ce moteur sont avantageusement préparés par le procédé de préparation précédemment décrit. De même un revêtement a pu avantageusement être appliqué sur les surfaces intérieures des fûts 82 du carter cylindres 80 conformément au procédé de revêtement précédent. [0030] L'usinage par électro-érosion est aussi désigné par les termes d' "usinage par étincelage" ou encore les termes anglais d' "Electrical Discharge Machining" abrégé en "EDM". Ce procédé existe depuis le début du XXème siècle avec, en 1943, la mise au point de la première technique d'usinage par électro-érosion par des scientifiques russes du nom de B.R et N.I. Lazarenko. Par la suite, la première machine industrielle utilisant ce principe a été commercialisée en 1955 par l'entreprise Charmilles Technologies. Il existe deux types bien distincts de machines d'usinage par électro-érosion : les machines à fil et les machines d'enfonçage. Les documents US 6 086 684 A et WO2008/05150 Al décrivent notamment des procédés d'usinage à l'aide d'une machine d'électro-érosion à fil. [0031] Les figures 4 à 6 présentent une machine 22 d'électro-érosion à fil. Le procédé proposé de préparation de la surface intérieure de fût 82 est de préférence réalisé avec un asservissement des axes mécaniques de la machine 22 en fonction des conditions électriques. La seule mesure de grandeurs électriques permet par exemple de déterminer la distance entre le carter cylindres 80 et le fil 20 aboutissant à des boucles de régulation précise de l'usinage. Ainsi l'asservissement permet notamment d'éviter que le fil électrode 20 ne touche le carter cylindres 80. [0032] Dans le but de lutter contre l'érosion du fil 20, le fil 20 peut être constamment déroulé d'une bobine magasin (non représentée) vers une bobine réceptrice (non représentée). Selon les figures 4 et 6, le fil 20 peut être mis en position par deux guides. Un premier guide 26 peut être disposé en position haute, alors qu'un deuxième guide peut être formé par deux poulies 28 en partie basse 28 de la machine 22. [0033] Lors de l'usinage par électro-érosion au fil 20, le fil 20 peut être soumis à des sollicitations électriques à haute fréquence, comme une corde vibrante. Le fil 20 est alors avantageusement tendu pour éviter des débattements trop importants. Le maintien du fil tendu lors de l'usinage permet l'obtention de surfaces internes de fût choisies dans la famille des surfaces réglées (les surfaces réglées sont les surfaces ayant pour génératrice une droite). Les surfaces internes de fûts 82 usinées peuvent notamment être obtenues par de légères inclinaisons en biais du fil 20, correspondant à des profils de surfaces intérieures de fût 82 en biais. L'inclinaison du fil 20 lors de l'usinage peut aussi permettre l'obtention de surfaces intérieures de fût 82 avec des picots arrondis. Alternativement, les surfaces intérieures de fûts 82 peuvent avoir un profil droit par rapport à l'axe du cylindre 88. Ainsi l'utilisation du fil 20 pour l'électro-érosion permet de créer des surfaces intérieures de fûts 82 de carter cylindres 80 avec des profils bi ou tridimensionnels. De plus, l'obtention de telles surfaces complexes par le procédé proposé est possible indépendamment de la fabrication d'un outil de forme spécifique au profil souhaité, puisque l'on peut utiliser un même fil 20 à électro-érosion pour réaliser une multitude de profils. [0034] L'usinage par électro-érosion au fil de la surface interne de fût 82 présente l'avantage de permettre l'usinage du carter cylindre 80 même lorsqu'il est réalisé dans un matériau très dur. L'usinage par électro-érosion au fil de la surface interne limite en outre avantageusement la génération d'effort mécanique lors de l'enlèvement de matière. En conséquence, on peut usiner la surface intérieure des fûts 82 du carter cylindres indépendamment du procédé de fabrication du carter cylindres 80 ou indépendamment de la nuance de l'aluminium du carter cylindres 80. [0035] Selon les figures 3 et 6, l'usinage par électro-érosion au fil est de préférence réalisé dans un milieu diélectrique tel que de l'eau dé-ionisée. L'eau dé- ionisée présente l'avantage d'être économique et de présenter des caractéristiques diélectriques suffisantes pour la formation d'une décharge électrique. REVENDICATIONS1. Un procédé de préparation de la surface intérieure d'un fût (82) de carter cylindres (80) pour l'application d'un revêtement sur la surface intérieure du fût (82), le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend l'usinage par électro-érosion au fil (20) de la surface intérieure du fût (82). 2. Le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fil (20) utilisé pour l'électro-érosion présente un diamètre compris entre 0,02 et 0,3 mm. 3. Le procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le fil (20) utilisé pour l'électro-érosion est constamment déroulé pendant l'électro-érosion de la surface du fût (82). 4. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'usinage de la surface intérieure du fût (82) suit un profil en contre-dépouille. 5. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'usinage par électro-érosion au fil est réalisé dans de l'eau dé-ionisée en tant que milieu diélectrique (40). 6. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le carter cylindres (80) est en alliage d'aluminium. 7. Un procédé de revêtement de fûts de carter cylindres (80) par projection thermique, le procédé étant caractérisé en ce qu'au moins un fût (82) du carter cylindres (80) a une surface intérieure préalablement préparée par le procédé de préparation selon l'une des revendications 1 à 6. 8. Le procédé de revêtement selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend l'application par projection thermique d'un revêtement (90) métallique, de préférence d'un revêtement (90) à base de fer. 9. Le procédé de revêtement selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un rodage après l'application par projection thermique d'un revêtement (90). 10. Un véhicule comprenant un moteur caractérisé en ce que le moteur du véhicule comprend un carter cylindres (80) dont les fûts (82) sont préparés par le procédé selon l'une des revendications 1 à 6 ou sur les surfaces intérieures desquels est appliqué un revêtement (90) avec le procédé selon l'une des revendications 7 à 9.