Brevet FR3004367A1 — publié le 20141017

PROCEDE ET OUTIL ROTATIF D'USINAGE BI-MATIERE La présente invention se rapporte à l'usinage des organes mécaniques, notamment de la face supérieure des 5 blocs-cylindres de moteurs à combustion interne. Plus précisément, elle a pour objet un procédé d'usinage d'une pièce mécanique bi-matière présentant des orifices cylindriques revêtus intérieurement d'un matériau de dureté supérieure à la sienne, qui affleure sur sa face 10 extérieure, avec un outil de fraisage rotatif. Cette invention a également pour objet un outil rotatif d'usinage bi-matière, spécialement conçu pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. Elle trouve une application privilégiée, mais non 15 limitative, dans l'usinage de bloc-cylindres de moteurs en aluminium avec des chemises en fonte. Les moteurs à combustion interne pour véhicule automobile sont équipés dans certains cas, de blocs-cylindres comprenant un corps en métal tendre, notamment à 20 base d'aluminium, dans lequel sont ménagés des alésages, ou cylindres, munis de chemises en métal dur, notamment à base de fonte. Ces blocs-cylindres bi-matière sont coulés en aluminium, avec des préformes pour les chemises de cylindre en fonte. Au final, la face supérieure du bloc en aluminium 25 affleure avec une face d'extrémité de chaque chemise en fonte. Le surfaçage de la face supérieure des usinages bimatière, peut être réalisé avec de simples fraises à surfacer. Cependant, les outils habituels ne garantissent 30 pas le niveau de qualité souhaité pour les faces de combustion, car le risque de rayures sur celle-ci n'est pas exclu. L'usinage de pièces métalliques bi-matière est une opération délicate, notamment lorsque les deux matières 35 concernées présentent des duretés et des caractéristiques mécaniques différentes. Cette opération nécessite des outillages spécifiques, dont la durée de vie est généralement limitée par l'usure différentielle des pièces coupantes. Les problèmes liés à l'usinage bi-matière se posent sur toutes les pièces composées pour partie d'un matériau ferreux et pour partie d'un matériau non ferreux (par exemple fonte et aluminium ou fonte et acier). On le rencontre en particulier sur la face supérieure des blocs-cylindres de moteurs en aluminium, dont les cylindres sont revêtus intérieurement de chemises en fonte. La présente invention vise à augmenter la durée de vie des outils de fraisage. Dans le cas particulier des blocs-cylindres de moteur à combustion, elle permet de diminuer les risques de rayures sur la face combustion, en améliorant la fiabilité des opérations de surfaçage. Dans ce but, elle prévoit que l'outil réalise en une seule plongée axiale dans le cylindre, d'une part un lamage bi-matière dégageant à la partie supérieure de l'orifice une ébauche d'alésage dans la masse de la pièce et celle du revêtement, et d'autre part un chanfrein sur l'extrémité supérieure du revêtement, qui est orienté vers le centre du cylindre. L'outil présente à cet effet une série de plaquettes de lamage, aptes à réaliser un perçage à fond plat dans la matière de la pièce et celle du revêtement, et une série de plaquettes décalées axialement sur le corps d'outil par rapport aux premières. Les deuxièmes plaquettes pénètrent davantage dans la matière du revêtement que les premières, pour réaliser à l'extrémité supérieure de celui-ci, des chanfreins orientés vers l'intérieur de l'orifice. La présente invention sera mieux comprise à la 30 lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 est une vue d'ensemble de l'outil proposé, 35 les figures 2A, 2B, 2C montrent le décalage des plaquettes, et les figures 3A, 3B, et 3C illustrent le procédé. Sur la figure 1, on a représenté un outil d'usinage rotatif bi-matière conforme à l'invention, apte à usiner une face de pièce mécanique bi-matière en réalisant en plongée des perçages alignés sur l'axe d'orifices cylindriques, qui sont ouverts sur la face de la pièce, et revêtus intérieurement d'une matière de dureté supérieure à celle de la pièce. L'outil est composé d'un corps d'outil 1, muni d'un épaulement 2 de rattachement à une machine d'entraînement rotative (non représentée), et de quatre cartouches porte-plaquettes 3 avec leurs moyens de serrage 4. Les cartouches disposent de moyens de réglage en diamètre 6 et de moyens de réglage en épaisseur 7. Les plaquettes sont de deux type : des plaquettes triangulaires 8, et des plaquettes carrées 9. Les plaquettes triangulaires 8 sont des plaquettes de lamage aptes à réaliser un perçage à fond plat dans la matière du bloc-cylindres, la pièce 11, et celle de la chemise 13. La deuxième série de plaquettes 9, décalées axialement sur le corps d'outil par rapport aux premières, pénètre davantage dans la matière du revêtement pour réaliser un chanfrein à l'extrémité supérieure de celui-ci. Le chanfrein 16, orienté vers l'intérieur du cylindre, est visible sur les figures 3B et 3C. L'outil de la figure 1 porte quatre plaquettes, dont deux plaquettes de lamage 8 diamétralement opposées et deux plaquettes de chanfrein 9 diamétralement opposées, qu'on retrouve sur les figures 2A, 2B, et sur la coupe de la figure 2C. Les figures 2B et 2C mettent en évidence le décalage axial (e) des plaquettes de chanfrein 9 par rapport aux plaquettes de lamage 8. Dans l'exemple décrit, la pièce mécanique est un bloc cylindres de moteur à combustion en aluminium, dont les cylindres sont revêtus intérieurement de chemises en fonte. Les trois figures 3A, 3B, 3C sont des coupes verticales partielles d'un bloc cylindre 11, effectuées dans le plan diamétral d'un cylindre 12. Sur la figure 3A, la surface supérieure lla du bloc est essentiellement plane (aux défauts de fabrication près). L'extrémité supérieure de la chemise 13, par exemple en fonte, affleure la face 11a. La figure 3B illustre l'opération combinée de lamage et de « chanfreinage », qui est réalisée dans la matière du bloc-cylindres 11 et celle de la chemise 13. En une seule plongée, calée axialement 5 sur le cylindre 12, l'outil réalise le lamage bi-matière dégageant à la partie supérieure du cylindre 12, d'une part une ébauche d'alésage dans la masse de la pièce et celle du revêtement, et d'autre part le chanfrein 16, dont la hauteur nominale est déterminée par le décalage axial des 10 plaquettes 8, 9, et correspond à celui-ci. Lors de la « plongée », les plaquettes de lamage 8 laissent une surépaisseur d'usinage dans la tolérance demandée. Simultanément, les plaquettes de chanfrein 9, qui pénètrent davantage dans la matière, réalisent le chanfrein 15 16. Le résultat de l'opération est un perçage à fond plat 14a et bord droit 14b dans les matières du bloc 11 et de la chemise 13, avec le chanfrein 16 dans la seule matière de la chemise 13 (cf. figure. 3C). En conclusion, le procédé d'usinage bi-matière 20 proposé permet d'effectuer en un seul passage d'outil un lamage bi-matière du bloc-cylindres un usinage des chanfreins. Une opération de fraisage surfaçage peut ensuite être réalisée au cours d'un deuxième passage outil, avec une profondeur de passe de 0,20 à 0.30mm. La méthode 25 proposée permet de diminuer la profondeur de passe dans la partie fonte. Cette diminution a pour effet d'augmenter la durée de vie de l'outil et d'assurer une meilleure qualité de surface. Elle trouve un intérêt particulier dans l'usinage de surface supérieure de bloc cylindres. Cette 30 méthode peut s'appliquer de manière générale à l'ensemble des usinages bi-matière nécessitant un surfaçage précis. Dans le domaine automobile, il s'agit de pièces telles que bloc-cylindres (ou carter-cylindres), culasse, carter de boîte de vitesses, pompe, diverses pièces détachées, etc. 35 Cette invention peut trouver également des applications pertinentes dans d'autres domaines, tels que l'aéronautique, pour l'usinage de pièces bi-matière, par exemple en magnésium et en aluminium ou autres. Dans la plupart des cas, l'usinage bi-matière permet en effet une bonne diffusion de la chaleur, évitant ainsi les risques de casse et de craquelures, sur des pièces soumises à des températures élevées.5 REVENDICATIONS1. Procédé d'usinage d'une pièce mécanique bi5 matière (11) présentant orifices cylindriques (12) revêtus intérieurement d'un matériau de dureté supérieure à la sienne affleurant sur sa face extérieure, avec un outil de fraisage rotatif, caractérisé en ce que l'outil réalise en un seul passage en plongée axiale dans l'orifice 10 cylindrique (12), d'une part un lamage bi-matière dégageant à la partie supérieure de l'orifice (12) une ébauche d'alésage dans la masse de la pièce et celle du revêtement, et d'autre part un chanfrein (16) sur l'extrémité supérieure du revêtement (13), qui est orienté vers le 15 centre de l'orifice cylindrique (12). 2. Procédé d'usinage bi-matière selon la revendication 1, caractérisé en ce que les opérations de lamage et de chanfreinage sont réalisées respectivement par des plaquettes lamage (8) et des plaquettes de chanfrein 20 (9) décalées axialement par rapport aux premières, de manière à pénétrer davantage dans l'épaisseur de la matière que celles-ci. 3. Procédé d'usinage bi-matière selon la revendication 2, caractérisé en ce que le résultat du 25 passage de l'outil est un perçage à fond plat (14a) et à bord droit (14b) dans les matières de la pièce (11) et du revêtement (13) avec un chanfrein de transition (16) orienté obliquement vers le centre de l'orifice cylindrique (12), dans la matière du revêtement (13). 30 4. Procédé d'usinage selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la hauteur nominale du chanfrein (16) correspond au décalage axial des plaquettes (8, 9) sur l'outil. 5. Procédé d'usinage selon l'une des revendications 35 précédentes, caractérisé en ce que la pièce mécanique (11) est un bloc-cylindres de moteur à combustion en aluminium, dont les cylindres (12) sont revêtus intérieurement de chemises en fonte (13). 6. Outil de rotatif d'usinage d'une face de pièce mécanique bi-matière (11), apte à réaliser en plongée des perçages alignés sur l'axe d'orifices cylindriques (12) qui sont ouverts sur une face (11a) de la pièce et revêtus intérieurement d'une matière (13) de dureté supérieure à celle de la pièce, caractérisé en ce qu'il présente une première série de plaquettes de lamage (8) aptes à réaliser un perçage à fond plat dans la matière de la pièce et celle du revêtement et une deuxième série de plaquettes (9) décalées axialement sur le corps d'outil par rapport aux premières, de manière à pénétrer davantage dans la matière du revêtement (13) pour réaliser à l'extrémité supérieure de celui-ci, des chanfreins (16) orientés vers l'intérieur de l'orifice (12). 7. Outil rotatif d'usinage bi-matière selon la revendication 6, caractérisé en ce que les plaquettes de lamage (8) sont triangulaires et en ce que les plaquettes de chanfrein (9) sont carrées. 8. Outil rotatif d'usinage selon la revendication 6 20 ou 7, caractérisé en e qu'il présente deux plaquettes de lamage (8) diamétralement opposées et deux plaquettes de chanfrein (9) diamétralement opposées. 9. Outil rotatif d'usinage selon la revendication 6, 7 ou 8, caractérisé en ce que la hauteur nominale du 25 chanfrein (16) est déterminée par le décalage axial (e) des plaquettes (8, 9). 10. Outil rotatif d'usinage selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que ses plaquettes (8, 9) sont décalées axialement de manière d'une part à 30 réaliser en un seul passage, l'usinage de surface d'un bloc-cylindres (11) de moteur à combustion en aluminium dont les cylindres sont revêtus intérieurement de chemises en fonte (13) et d'autre part à former un chanfrein (16) orienté obliquement vers l'intérieur du cylindre à 35 l'extrémité supérieure des chemises (13).