Brevet FR2972373A1 — publié le 20120914

Procédé de préparation d'une surface interne d'un fût d'un carter-cylindre L'invention relève du domaine des procédés de préparation d'une surface interne d'un fût d'un carter-cylindres. Elle a pour objet un tel procédé. Elle a aussi pour objet un carter-cylindre comprenant au moins un fût dont la surface interne est préparée selon ledit procédé. Le document US 2010/0326270 (Doerfler et al.) décrit un procédé pour augmenter une rugosité d'une surface métallique en vue d'améliorer une adhésion de revêtements thermiquement projetés sur la surface métallique. La surface métallique est une surface interne d'un cylindre, tel que celle d'un bloc cylindre. Une machine-outil comprend un arbre rotatif qui est pourvu d'un outil de coupe. L'outil de coupe est disposé à l'intérieur d'un plan de coupe qui est orthogonal à un axe de rotation de l'arbre rotatif. Lorsque l'arbre rotatif est mis en rotation sur lui-même et est inséré à l'intérieur du cylindre, l'outil de coupe produit des rainures à l'intérieur de la surface interne du cylindre. Deux rainures consécutives sont séparées l'une de l'autre par une arête. Le porte-outil est également pourvu d'une molette qui comporte à sa circonférence des protubérances. La molette est disposée à l'intérieur d'un plan parallèle au plan de coupe, la molette étant placée à l'arrière de l'outil de coupe selon un sens d'introduction de l'arbre rotatif à l'intérieur du cylindre. Lorsque l'arbre rotatif est mis en rotation, la molette déforme plastiquement l'arête à intervalles réguliers. Ces dispositions sont telles que l'arête comporte des bossages et des renflements ménagés le long de flancs que comporte l'arête. Un tel procédé s'avère complexe et met en oeuvre des outils dont la fiabilité est incertaine. De plus, un tel procédé ne permet pas de contrôler précisément la déformation de l'arête, de telle sorte que l'augmentation de la rugosité de la surface métallique est finalement aléatoire. Enfin, un tel procédé ne permet pas à un revêtement projeté thermiquement sur la surface métallique ainsi préparée de supporter des efforts d'arrachement/décollement importants, tels que supérieurs à 40 MPa, a fortiori supérieurs à 100 MPa. Un but de la présente invention est de proposer un procédé de préparation d'une surface interne d'un fût de carter-cylindres, un tel procédé étant simple, rapide et efficace, un tel procédé mettant en oeuvre une machine-outil simple et fiable permettant d'augmenter une rugosité de la surface interne pour améliorer une adhésion d'un revêtement projeté thermiquement sur la surface interne ainsi préalablement préparée. Un autre but de la présente invention est de proposer un carter-cylindre fiable et pérenne. Un procédé de la présente invention est un procédé de préparation d'une surface interne d'un fût d'un carter-cylindres. La surface interne comporte un profil initial comportant des aspérités. Le procédé comprend une étape de préparation de surface comprenant une phase de déformation plastique des aspérités. Selon la présente invention, la phase de déformation plastique des aspérités est réalisée à partir d'au moins une phase d'expansion d'un mandrin expansible préalablement introduit à l'intérieur du fût. La phase d'expansion du mandrin expansible est avantageusement suivie d'une phase de contraction du mandrin expansible. La phase de contraction du mandrin expansible est avantageusement suivie d'une 25 phase de rotation du mandrin expansible autour d'un axe de rotation du mandrin expansible. Le mandrin expansible comprend avantageusement au moins un pan mobile selon une direction radiale respective. Le pan comprend avantageusement au moins une surface extérieure d'écrasement des aspérités. 30 La surface extérieure du pan est préférentiellement lisse. De préférence, le procédé comprend une étape de revêtement par projection thermique d'un revêtement sur la surface interne. De préférence, le procédé comprend une étape de rodage de la surface interne. Un carter-cylindre de la présente invention comporte avantageusement au moins un fût dont la surface interne est préparée suivant un tel procédé. Un moteur thermique de la présente invention comporte avantageusement un tel carter-cylindres. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va en être faite d'exemples de réalisation, en relation avec les figures des planches annexées, dans lesquelles : La fig.1 est une vue en perspective d'un carter-cylindres de la présente invention. Les fig.2a à fig.2d sont des illustrations schématiques d'étapes successives d'un procédé selon la présente invention. Les fig.3a et fig.3b sont des vues schématiques en coupe de surfaces internes respectives en fin d'une étape d'usinage mécanique illustrée sur la fig.2a. Les fig.4a et fig.4b sont des vues en perspective de variantes de réalisation d'un mandrin expansible représenté sur la fig.2b. Les fig.5a et fig.5b sont des vues schématiques en coupe des surfaces internes respectivement illustrées sur les fig.3a et fig.3b, au début d'une étape de préparation de surface. Les fig.6a et fig.6b sont des vues schématiques en coupe des surfaces internes respectivement illustrées sur les fig.5a et fig.5b, à la fin de l'étape de préparation de surface. Les fig.7a et fig.7b sont des vues schématiques en coupe des surfaces internes respectivement illustrées sur les fig.6a et fig.6b, à la fin d'une étape de revêtement par projection thermique. La fig.8 est un histogramme représentant un effort nécessaire à un arrachement/décollement d'un revêtement projeté sur la surface interne en fonction d'une hauteur d'aspérités que comporte la surface interne à la fin de l'étape de préparation de surface. Sur la fig.1, un carter-cylindres 1 constitutif d'un moteur thermique équipant un véhicule automobile comporte quatre cylindres 2. Selon d'autres variantes non illustrées, le carter-cylindres 1 est susceptible de comporter un autre nombre de cylindres 2. Chaque cylindre 2 est délimité par une surface interne 3 d'un fût respectif 4. Le carter-cylindres 1 est par exemple réalisé en aluminium ou en fonte et est notamment obtenu par fonderie. Un procédé de la présente invention vise à préparer la surface interne 3 de manière à optimiser un état de surface de cette dernière. Plus particulièrement, la présente invention permet d'augmenter une rugosité de la surface interne 3 pour permettre une meilleure adhérence d'un revêtement ultérieurement projeté sur la surface interne 3 ainsi préparée. Le procédé comprend au moins quatre étapes successives respectivement illustrées sur les fig.2a à fig.2d, dont une étape d'usinage mécanique A illustrée sur la fig.2a, une étape de préparation de surface B représentée sur la fig.2b, une étape de revêtement par projection thermique C schématisée sur la fig.2c et une étape de rodage D illustrée sur la fig. 2d. L'étape d'usinage mécanique A met en oeuvre une fraise 5 ou analogue qui est introduite à l'intérieur du fût 4 pour réaliser des découpes à l'intérieur de la surface interne 3. De telles découpes permettent de conformer la surface interne 3 selon des profils initiaux 6,6' comportant des aspérités 7,10 de conformation quelconque. A titre d'exemple sur les fig.3a et fig.3b, sont illustrées des aspérités 7,10 présentant des conformations polygonales régulières. De telles aspérités sont néanmoins susceptibles d'être d'une conformation autre sans déroger aux règles de la présente invention. Sur la fig.3a, un premier profil initial 6 est de conformation triangulaire de telle sorte que la surface interne 3 comporte une succession de pics triangulaires 7. Deux pics triangulaires successifs 7 sont espacés l'un de l'autre d'une première distance D1, prise entre des sommets respectifs 8 des deux pics triangulaires successifs 7. La première distance D1 est par exemple comprise entre 250 pm et 350 pm, préférentiellement de l'ordre de 300 pm. Chaque pic triangulaire 7 comporte une première hauteur H1, prise entre une base 9 du pic triangulaire 7 et le sommet 8 de ce dernier, qui est préférentiellement supérieure à 100 pm, par exemple de l'ordre de 120 pm. Sur la fig.3b, un deuxième profil initial 6' est de conformation rectangulaire de telle sorte que la surface interne 3 comporte une succession de créneaux 10. Chaque créneau 10 comporte une face supérieure 11 bordée de flancs 12. Deux créneaux successifs 10 sont espacés d'une deuxième distance D2, prise entre des centres de symétrie 13 de deux faces supérieures successives 11, qui est préférentiellement comprise entre 250 pm et 350 pm, préférentiellement de l'ordre de 300 pm. Chaque créneau 10 comporte une deuxième hauteur H2 qui est prise entre un embasement 14 du créneau 10 et la face supérieure 11 de ce dernier. La deuxième hauteur H2 est préférentiellement supérieure à 100 pm, par exemple de l'ordre de 120 pm. L'étape de préparation de surface B met en oeuvre un mandrin expansible 14. Ce dernier est introduit à l'intérieur du fût 4 de telle sorte qu'un axe de rotation Al du mandrin expansible 14 soit confondu avec un axe de symétrie A2 du fût 4. En se reportant également sur les fig.4a et fig.4b, le mandrin expansible 14 comporte respectivement soit deux pans 15, soit quatre pans 15 montés sur un manche central 16. Chaque pan 15 est mobile par rapport à l'axe de rotation Al selon une direction radiale respective R qui est orthogonale à l'axe de rotation Al. Chaque pan 15 est préférentiellement agencé en un arc de cercle. Chaque pan 15 est à même de subir successivement une phase d'expansion au cours de laquelle chaque pan 15 s'écarte du manche central 16 selon la direction radiale R qui lui est affectée, puis une phase de contraction au cours de laquelle chaque pan 15 se rapproche du manche central 16, selon la direction radiale R qui lui est affectée. Chaque pan 15 comporte une face extérieure respective 17 qui vient au contact de la surface interne 3 du fût 4 à l'issue de la phase d'expansion du mandrin expansible 14. La face extérieure 17 de chaque pan 15 est préférentiellement lisse. Plus particulièrement sur la fig.5a, la face extérieure 17 du pan 15 vient au contact des sommets 8 des pics triangulaires 7 du premier profil initial 6. Plus particulièrement sur la fig.5b, la face extérieure 17 du pan 15 vient au contact des faces supérieures 11 des créneaux 10 du deuxième profil initial 6'. La phase d'expansion du mandrin expansible 14 permet une déformation plastique du profil initial 6,6' pour obtenir un profil final respectif 6",6"'. Le profil final 6",6"' présente avantageusement une pluralité de contre-dépouilles 18 qui sont respectivement à base triangulaire selon un premier profil final 6" illustré sur la fig.6a et qui sont à base rectangulaire selon un deuxième profil final 6" illustré sur la fig.6b. Le premier profil final 6" est issu de l'action du mandrin expansible 14 sur le premier profil initial 6 tandis que le deuxième profil final 6"' est issu de l'action du mandrin expansible 14 sur le deuxième profil initial 6'. Chaque contre-dépouille 18 constitue un renflement du profil final 6",6"' qui est ménagé à l'intérieur d'un plan P sensiblement orthogonal à la direction radiale R. Chaque contre dépouille 18 forme une excroissance latérale de chaque pic triangulaire 7 ou créneau 10 par rapport à la direction radiale R. La phase d'expansion du mandrin expansible 14 qui permet un écrasement des sommets 8 des pics triangulaires 7 ou des faces supérieures 11 des créneaux 10 est suivie de la phase de contraction du mandrin expansible 14 qui revient dans une position identique à celle que le mandrin expansible 14 occupait au début de la phase d'expansion. Selon diverses possibilités de la présente invention, il est possible de réitérer une telle succession de phases d'expansion-contraction en réalisant entre temps une phase de rotation du mandrin expansible 14 sur lui-même autour de son axe de rotation A1, par exemple d'un huitième de tour. Plus particulièrement, le mandrin expansible 14 subit une rotation d'un angle qui est fonction du nombre de pans 15 que comporte le mandrin expansible de telle sorte que les positions initiale et finale du mandrin expansible 14 ne soient pas semblables. Ces dispositions visent à assurer une déformation plastique des sommets 8 des pics triangulaires 7 ou des faces supérieures 11 des créneaux 10 sur l'ensemble de la surface interne 3 du fût 4. En fin de phase d'expansion du mandrin expansible 14, les pics triangulaires 7 ou les créneaux 10 comportent une troisième hauteur H3 qui est préférentiellement comprise entre 80 µm et 120 µm, préférentiellement encore de l'ordre de 100 pm. L'étape de revêtement par projection thermique C met en oeuvre une buse 21 qui est apte à projeter un revêtement 19 sur la surface interne 3. La buse 21 est par exemple une buse rotative. Le revêtement 19 est notamment un revêtement à base de fer. Le revêtement 19 comporte une quatrième hauteur H4 qui est préférentiellement supérieure à la troisième hauteur H3. Ces dispositions sont telles que le revêtement 19 couvre la totalité du profil final 6",6"'. Il en découle que les pics triangulaires 7 ou les créneaux 10 respectivement illustrés sur les fig.7a et fig.7b sont noyés à l'intérieur du revêtement 19. Il en résulte que les contre-dépouilles 18 des pics triangulaires 7 et des créneaux 10 constituent des moyens d'ancrage solides du revêtement 19 à la surface interne 3. L'étape de rodage D met en oeuvre un outil de rodage 20 qui est à même d'ajuster la surface interne 3 pour améliorer son étanchéité. Un tel ajustement est par exemple réalisé par abrasion. Ces dispositions sont telles que les profils finaux obtenus 6",6"' résistent à des efforts d'arrachement/décollement E du revêtement 19 qui sont de l'ordre de 40 MPa, voire de l'ordre de 100 MPa. De tels résultats sont obtenus sans avoir à mettre en oeuvre une étape d'application d'un promoteur d'adhérence préalablement à l'étape de revêtement par projection thermique C, ce qui diminue une durée globale du procédé de la présente invention par rapport à d'autres procédés. En effet, en se reportant sur la fig.8 qui représente les efforts d'arrachement/décollement E du revêtement 19 en fonction de la troisième hauteur H3 que comportent les pics triangulaires 7 ou les créneaux 10 après mise en oeuvre de l'étape de préparation de surface B, il apparaît que les profils finaux obtenus 6",6"' dont la troisième hauteur H3 est supérieure à 100 pm résistent avantageusement à des efforts d'arrachement/décollement E du revêtement 19 qui sont de l'ordre de 40 MPa. Il en résulte finalement la possibilité d'obtenir un profil final 6",6"' comportant des contre-dépouilles 18 à partir d'un emploi d'outils simples, tels que le mandrin expansible 14, qui sont compatibles avec des outils quelconques d'usinage mécanique nécessaires à l'accomplissement de l'étape d'usinage mécanique A. Aussi, à partir d'une étape de préparation de surface B selon la présente invention, il est possible d'améliorer l'adhésion du revêtement 19 sur la surface interne 3, ce qui procure de nombreux avantages tels que : - une diminution de la longueur du carter-cylindres 1, - un allègement d'une masse du carter-cylindres 1, typiquement de l'ordre de 300/0 à 500/0 par rapport à un carter-cylindres de l'art antérieur, soit un allègement de 200 g à 300 g par fût 4, - une amélioration d'échanges thermiques aux inter-fûts, avec un gain de 10°C par rapport à un inter-fût de l'art antérieur équipé d'une chemise en fonte, - une diminution de pertes mécaniques par frottement, notamment de l'ordre de 100/0 à 200/0 par rapport à une chemise en fonte graphite lamellaire, - une diminution d'usure de segments. REVENDICATIONS1.- Procédé de préparation d'une surface interne (3) d'un fût (4) d'un carter-cylindres (1), la surface interne (3) comportant un profil initial (6,6') comportant des aspérités (7,10), le procédé comprenant une étape de préparation de surface (B) comprenant une phase de déformation plastique des aspérités (7,10), caractérisé en ce que la phase de déformation plastique des aspérités (7,10) est réalisée à partir d'au moins une phase d'expansion d'un mandrin expansible (14) préalablement introduit à l'intérieur du fût (4). 2.- Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la phase d'expansion du mandrin expansible (14) est suivie d'une phase de contraction du mandrin expansible (14). 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la phase de contraction du mandrin expansible (14) est suivie d'une phase de rotation du mandrin expansible autour d'un axe de rotation (Al) du mandrin expansible (14). 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mandrin expansible (14) comprend au moins un pan (15) mobile selon une direction radiale respective (R). 25 5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le pan (15) comprend au moins une surface extérieure (17) d'écrasement des aspérités (7,10). 6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la surface extérieure 30 (17) du pan (15) est lisse. 20 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape de revêtement par projection thermique (C) d'un revêtement (19) sur la surface interne (3). 8.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape de rodage (D) de la surface interne (3). 9.- Carter-cylindre (1) comportant au moins un fût (4) dont la surface interne (3) 10 est préparée suivant un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10.- Moteur thermique comportant un carter-cylindre (1) selon la revendication précédente. 15