Brevet FR3012760A1 — publié le 20150508

Moule pour la réparation de pièces mécaniques par un matériau de comblement, comprenant au moins deux pièces à serrer ensemble autour de la pièce à réparer. Le domaine de l'invention concerne une technique de réparation 5 des pièces mécaniques par un matériau de comblement. Plus précisément, l'invention concerne un procédé et un dispositif de réparation mécanique selon lequel un matériau de comblement, tel que de la céramique, est rapporté dans des zones de la pièce présentant une usure (métal manquant dans ces zones), ceci grâce à un moule monté et 10 serré sur la pièce à réparer. Les procédés de réparation mécanique par la céramique (ou autre matériau de comblement) sont connus de l'art antérieur, et sont notamment utilisés pour : - le rechargement de pièces mécaniques usées (arbre, 15 portée de roulement...) ; - le revêtement et la restauration de surface métallique fortement sollicitée (conduite de grand diamètre, turbine...) ; - revêtement de surface pour des fonctionnalités spécifiques (rouleau adhérent, transmission de puissance, antidérapant, 20 protection contre les produits chimiques...). Selon des techniques de maintenance classique, lorsqu'un arbre dont une portée de roulements est détruite, du fait d'une usure pouvant aller jusqu'à plusieurs millimètres, l'arbre est purement et simplement remplacé. Il peut également subir un rechargement métallique par 25 soudure qui implique systématiquement le démontage de la pièce qui devra être ré-usinée dans tous les cas à l'issue de cette première opération. Cette technique entraine des déformations importantes lors de la soudure et de l'usinage) Bien entendu, en particulier pour les arbres de grandes 30 dimensions, un tel remplacement ou une telle opération s'avère coûteux. De plus, une telle technique implique une immobilisation importante des moyens de production, ainsi que des coûts de manutention, de transport. Il est en outre nécessaire de disposer d'un stock de pièces de rechange conséquent. La technique de réparation par la céramique, ou autre matériau de comblement, consiste à réparer une portée de roulements par exemple, sur place, sans démontage, et avec un temps d'intervention très court. Avec une telle technique, les temps d'immobilisation de l'outil de 5 production peuvent être divisés par 10 ou plus. Les coûts de maintenance sont considérablement réduits du fait du non remplacement des pièces coûteuses et de la réduction du stock de pièces de rechange. D'autres avantages résultent de cette technique de réparation, et notamment : 10 - on obtient une excellente tenue mécanique de la pièce réparée ; - le matériau de comblement, et en particulier la céramique, supprime purement et simplement la corrosion sous charge (phénomène de défaillance connue des techniciens de 15 maintenance, qui provoque le détachement de particules métalliques, en particulier d'oxyde de fer très abrasif, ce qui conduit à une accélération de l'usure de l'arbre) ; - la technique s'inscrit dans une démarche écologique : les pièces usées ne sont plus jetées mais réparées. 20 En pratique, pour procéder à cette technique de réparation, on utilise un moule généralement formé de deux demi-coques destinées à délimiter ensemble un volume de moulage dont la forme est bien entendu ajustée à celle de la pièce à réparer. Le matériau de comblement est rapporté sur la pièce à réparer et les deux demi-coques sont serrées 25 ensemble en comprimant le matériau de comblement sur la pièce à réparer. De cette façon, le matériau de comblement est forcé à s'étaler dans tout l'espace interstitiel entre le moule et la pièce, comblant le cas échéant les zones d'usure. Dans le but d'améliorer la liaison mécanique entre le matériau de 30 comblement et la pièce à réparer, des stries de 1,5mm de profondeur, 1mm de large, espacés de 5mm, sont aménagées sur la surface à recouvrir. Le matériau de comblement est rapporté sur la pièce à réparer soit par injection, soit par raclage. Actuellement, les moules utilisés pour la réparation d'arbres comportent deux demi-coques, chacune semi-cylindrique. Chaque demi- coque présente à ses extrémités transversales une surface d'appui (de jonction) d'une largeur correspondant à l'épaisseur du moule, destinée à être plaquée et serrée contre une surface de jonction de l'autre demi-coque. Les surfaces de jonction forment un plan de joint une fois plaquées et serrées l'une contre l'autre Pour procéder au serrage des deux demi-coques, une barre plate est soudée au voisinage de chaque surface de jonction des deux demi-coques. Ces barres présentent chacune une pluralité d'orifices destinée à permettre le passage d'organes de serrage. Ainsi, on peut serrer les deux demi-coques l'une contre l'autre par vissage. Un tel moule s'avère relativement coûteux et long à réaliser. En effet, outre l'usinage des deux demi-coques, il est nécessaire, pour chaque moule, d'usiner quatre barres de serrage, puis de les fixer par soudage sur les demi-coques. Les soudures entraînent par ailleurs des déformations du moule lui-même. De plus, le champ d'application de cette technique est limité aux pièces de grande, voire de très grande, dimension. En effet, la matière de comblement à comprimer sur la pièce s'étend sur une surface relativement importante de la pièce à réparer, et l'équipe de maintenance dispose de suffisamment de temps pour serrer les deux demi-coques de façon à répartir convenablement la matière de comblement à l'intérieur du moule tandis qu'une série d'évents suffit à évacuer la matière en surplus. Or, une telle technique de réparation avec un tel moule n'est pas transposable à des plus petites pièces. Ceci est dû au fait que la matière à comprimer sur la pièce à réparer s'étend sur une moins grande surface, et tend à venir se placer en partie entre les surfaces de jonction des deux demi-coques (le nombre d'évents et leur répartition sur les deux demi-coques ne permettant pas d'évacuer assez vite la matière en surplus). De plus, cette technique n'est pas compatible avec le besoin de serrer rapidement un moule dans le cas de matériaux de rechargement à prise rapide. Cette matière entre les deux surfaces de jonction nuit à la qualité 5 du serrage, et donc à la qualité de la réparation. D'autre part, cette conception de moule ne permet pas d'obtenir les précisions géométriques nécessaires pour garantir une bonne durée de vie des montages mécaniques ainsi réparés. En effet, l'application des efforts de serrage à l'extérieur du moule entraine des torsions des bords 10 du moule et par suite la perte de la géométrie initiale de la pièce à réparer. L'invention a notamment pour objectif de pallier cet inconvénient de l'art antérieur. Plus précisément, l'invention a pour objectif de proposer un moule 15 destiné à être utilisé pour la réparation de pièces mécaniques par apport d'un matériau de comblement dans les zones d'usure de la pièce, qui soit plus simple, plus rapide à fabriquer (réactivité client) et moins coûteux à réaliser que les moules décrits en référence à l'art antérieur. L'invention a également pour objectif de fournir un tel moule qui 20 puisse être utilisé pour la réparation de pièces de toutes dimensions. L'invention a aussi pour objectif de proposer un tel moule qui puisse être serré rapidement sur la pièce à réparer même avec un accès limité. Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaitront par la suite, sont 25 atteints grâce à l'invention qui a pour objet un moule pour la réparation de pièces mécaniques par un matériau de comblement, comprenant au moins deux pièces complémentaires destinées à former ensemble un volume de moulage, chaque pièce complémentaire présentant une paroi d'épaisseur E s'étendant entre deux extrémités transversales formant 30 chacune une surface de jonction destinée à être amenée en appui contre une surface de jonction d'une autre pièce complémentaire, caractérisé en ce que lesdites surfaces de jonction présentent une largeur L inférieure à l'épaisseur E de la paroi. De cette façon, selon le principe de l'invention, on peut réduire notablement l'étendue des surfaces de jonction par l'intermédiaire desquels les pièces complémentaires sont mises en contact l'une avec l'autre et serrées l'une contre l'autre pour former un plan de joint. De ce fait, on réduit la surface sur laquelle le matériau de comblement est susceptible de s'étendre dans le plan de joint. Il en résulte qu'on limite considérablement la résistance au serrage des pièces complémentaires l'une sur l'autre. Ainsi la cylindricité de la pièce réparée est conforme aux spécifications client. Parallèlement, il est possible de conserver une épaisseur de paroi suffisante pour résister à un effort de serrage important, garantissant donc une compression suffisante du matériau de comblement afin qu'il s'ajuste au plus près de la forme de la pièce à réparer, ceci sans craindre une déformation des pièces complémentaires du moule sous l'effet du serrage. Comme cela va apparaître plus clairement par la suite, les forces de serrage sont appliquées judicieusement sur le moule lui-même de manière à éviter toute déformation de celui-ci. Ainsi, la position des forces de serrage appliquées sur le moule par la presse hydraulique ou mécanique annule la déformation du moule. Concrètement, la presse de serrage comporte deux pièces en forme de V dont l'angle est déterminé pour appliquer des forces de serrage optimales. En effet, dans le cas des moules antérieurs, l'action de serrage qui était appliquée sur les brides et donc à l'extérieur des moules entrainait 25 des déformations importantes du moule lui-même (flexion). En outre, avec un moule selon l'invention, on peut obtenir une fermeture rapide de celui-ci autour de la pièce à réparer, ce qui peut s'avérer crucial avec certains matériaux de comblement qui présentent des temps de prise et de durcissement relativement courts. 30 Selon un mode de réalisation avantageux dans lequel les pièces complémentaires sont susceptibles de former ensemble un moule cylindrique d'un diamètre intérieur D, dont la largeur de contact L des demi-coques est égale à 5 % du diamètre D (réalisation de chanfreins dans le plan de joint). L'épaisseur E du moule est de 0,3 fois D. On réduit ainsi de façon optimale la surface des plans de joints tout en conservant une surface de plan de joints suffisante pour exercer le serrage des pièces complémentaires du moule. Ainsi la surface étant réduite, la pression dans le plan de joint augmente suffisamment pour éliminer toute accumulation de matière de comblement qui modifierait le diamètre fini de l'arbre réparé. Selon une autre approche, la largeur L est égale à l'épaisseur E de la paroi divisée par 6. De cette façon également, on obtient une surface de plan de joints 10 optimisée par rapport à l'épaisseur du moule, celui-ci pouvant supporter les contraintes de serrage importantes tout en présentant une surface de plan de joints réduite. Selon une autre caractéristique avantageuse, les pièces complémentaires présentent une pluralité d'évents. 15 Dans ce cas, les évents présentent un diamètre compris entre 3 mm et 4 mm. Préférentiellement, les évents présentent un diamètre de 4 MM. Selon une solution avantageuse, les évents sont espacés d'une distance de 30 mm entre eux. 20 Selon un mode de réalisation particulier, le moule comprend deux demi-bagues fixées chacune sur une demi-coque du moule, et destinées à rester en place sur la pièce mécanique après retrait du moule. Un tel mode de réalisation trouve une application particulière en présence de fortes charges mécaniques et/ou de joints ou paliers lisses. 25 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donnée à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : - les figures 1 et 2 sont des représentations schématiques 30 d'un moule selon l'invention, vu respectivement de face et en perspective ; - la figure 3 illustre schématiquement les moyens de serrage susceptibles d'être associés à un moule selon l'invention. Selon le mode de réalisation illustré par les figures 1 et 2, un moule selon l'invention, pour la réparation de pièces mécaniques par un matériau de comblement, et en particulier par de la céramique, comprend deux demi-coques destinées à former ensemble un volume de moulage. En pratique, les pièces complémentaires sont formées ici par deux demi-coques et sont donc au nombre de deux, même s'il est envisageable de concevoir un moule selon l'invention avec plus de deux pièces complémentaires. On rappelle qu'une technique de réparation de pièces mécaniques 10 par un matériau de complément à l'aide d'un moule selon l'invention s'effectue de la façon suivante : - un matériau de comblement, par exemple de la céramique, est déposé sur la pièce mécanique dont la surface externe présente des zones d'usure ; 15 - les demi-coques (ou pièces complémentaires) 1 sont disposées sur la pièce à réparer de façon à former ensemble un volume de moulage englobant la pièce à réparer et le matériau de comblement ; - les deux demi-coques sont serrées l'une contre l'autre, 20 exerçant ainsi une force de compression sur le matériau de comblement qui l'oblige à pénétrer et à combler toutes les zones d'usure de la pièce à réparer, en vue de reconstituer la géométrie initiale de la pièce conformément aux spécifications client. 25 Les demi-coques prennent référence sur des portées d'arbre non usées (ou autres références). Selon le présent mode de réalisation, le serrage des deux demi-coques l'une sur l'autre est assuré à l'aide de moyens de serrage illustrés par la figure 3. Tel qu'illustré par la figure 3, la presse de serrage 30 comporte deux pièces 2 en forme de V dont l'angle est déterminé pour appliquer des forces de serrage optimales. Tel que cela apparaît sur la figure 3, chaque pièce 2 de serrage comprend, selon le présent mode de réalisation : - deux bras latéraux 20, destiné chacun à exercer une force de serrage essentiellement orthogonale au plan de jonction entre les demi-coques ; - un bras de liaison 21, reliant les deux bras latéraux ; - un élément cylindrique 200 à l'extrémité libre de chaque bras latéral, destiné à être traversé par un moyen de serrage traversant également l'élément cylindrique de l'autre pièce de serrage. Selon le principe de l'invention illustré par les figures 1 et 2, chaque demi-coque présente une paroi d'une épaisseur E s'étendant entre deux extrémités transversales 10 formant chacune une surface de jonction destinée à être amenée en appui contre une surface de jonction 11 de l'autre demi-coque, les surfaces de jonction 11 présentant une largeur L inférieure à l'épaisseur E de la paroi 12 de la demi-coque. Deux pieds de centrage 100 de 5 mm de diamètre sont disposés sur une demi-coque (deux trous 101 correspondants dans l'autre), de côté et diamètre opposés, de manière à retrouver très précisément l'alignement des deux demi-coques au cours des démontages/remontages du moule. Selon le présent mode de réalisation, chaque extrémité 20 transversale 10 présente un chanfrein 13 s'étendant de la surface externe 14 de la paroi 12 jusqu'à la surface de jonction 11 correspondante. Ainsi, une fois les deux demi-coques serrées l'une contre l'autre, leurs chanfreins respectifs délimitent une gouttière en forme de V 25 s'étendant à partir du plan de joints (c'est à dire le plan dans lequel s'inscrivent les surfaces de jonction 11) jusqu'à la surface externe de la paroi 12 des demi-coques. Selon une première approche, les deux demi-coques étant, selon le présent mode de réalisation, susceptibles de former ensemble un 30 moule cylindrique d'un diamètre D, la largeur L est comprise entre 4 % et 7% du diamètre D, en étant préférentiellement égale à 5% du diamètre D. Selon une deuxième approche, on exprime la largeur L des surfaces de jonction 11 de la façon suivante : la largeur L est comprise en 14% et 18% de l'épaisseur E de la paroi 12, en étant préférentiellement égale à environ 16% de l'épaisseur E. Par ailleurs, tel que cela apparaît sur la figure 2, les demi-coques 1 sont chacune pourvues de la pluralité d'évents 15 (c'est à dire d'orifices traversant l'épaisseur de la paroi 12 de chaque demi-coque), présentant avantageusement chacun un diamètre compris entre 3 mm et 5 mm avec un diamètre préférentiel de 4 mm. De plus, les évents sont espacés entre eux d'une distance de 30 mm (pouvant varier de façon plus générale entre 25 mm et 35 mm). Plus précisément, le nombre d'évents et leur répartition, en fonction du diamètre, peuvent être organisés selon les données du tableau ci-après. Diamètre moule Nb de Obs (mm) rangées 40 1 (90°) 90 °/plan de joint 50 1 (90°) 60 2 (60°) 70 2 (60°) 80 3 (45°) 100 3 (45°) 120 4 (36°) 140 5 (30°) Tableau : Nb de trous et distance pour une longueur de moule de 30mm Dans le but d'étendre cette technique de réparation aux cas des fortes charges ou pressions d'une part et aux cas des paliers lisses ou portées de joints (ex : joints toriques) d'autre part, deux demi-bagues 3 (figure 3) en acier sont insérées entre le moule et la matière de rechargement. Après démoulage, ces deux demi-bagues restent en place sur l'arbre réparé, à la cote initiale, après retrait du moule. Les deux demi-bagues d'une épaisseur de 3 % du diamètre D, 25 sont préalablement usinées à la cote sur le diamètre extérieur et striées à l'intérieur dans le but de créer une accroche interstitielle avec la matière de rechargement déposée sur l'arbre. Concrètement, les deux demi-bagues 3 sont fixées chacune dans les deux demi-coques (ou pièces complémentaires) 1 du moule, par une vis centrale de maintien provisoire avant que l'ensemble soit appliqué sur la matière conformément au procédé décrit ci-dessus. De même, des 5 évents sont aménagés dans ces demi-bagues, dans l'axe des évents du moule pour l'évacuation du surplus de matière en phase de moulage. Après démoulage les deux demi-bagues 3 restent en place, la portée ainsi reconstituée peut recevoir un roulement, un palier lisse, un joint ou autre. 10 Ce mode de réalisation présente deux avantages majeurs : - il permet de répartir la charge mécanique de fonctionnement sur une plus grande surface (bien supérieure à celle d'un roulement dont la largeur est parfois faible), réduisant ainsi la pression de fonctionnement dans 15 la matière de rechargement. - il permet d'éviter les concentrations de contraintes à l'origine de défaillances : application de fortes pressions dans la matière de rechargement, sur des petites surfaces localisées. 20 Cette technique complémentaire trouve son application pour la réparation des portées de roulement, de paliers lisses, de joints toriques à lèvres et spéciaux de petits et grands diamètres. La technique de réparation décrite précédemment peut être en outre étendue à la réparation d'un alésage de châssis par exemple en 25 utilisant un moule en une seule ou plusieurs pièces judicieusement positionnées, associées à un procédé d'injection de la matière sous pression à travers le moule. REVENDICATIONS1. Moule pour la réparation de pièces mécaniques par un matériau de comblement, comprenant au moins deux pièces complémentaires (1) destinées à former ensemble un volume de moulage, chaque pièce complémentaire présentant une paroi d'épaisseur E s'étendant entre deux extrémités transversales (10) formant chacune une surface de jonction (11) destinée à être amenée en appui contre une surface de jonction (11) d'une autre pièce complémentaire, caractérisé en ce que lesdites surface de jonction (11) présentent une largeur L inférieure à l'épaisseur E de la paroi. 2. Moule selon la revendication 1, dans lequel les pièces complémentaires (1) sont susceptibles de former ensemble un moule cylindrique d'un diamètre D, caractérisé en ce que la largeur L est comprise entre 4 % et 7 % du diamètre D. 3. Moule selon la revendication 2, caractérisé en ce que la largeur L est égale à 5 % du diamètre D. 4. Moule selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur L est comprise entre 14 % et 18 % de l'épaisseur E de la paroi. 5. Moule selon la revendication 4, caractérisé en ce que la largeur L est égale à 16 % de l'épaisseur E de la paroi. 6. Moule selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les pièces complémentaires (1) présentent une pluralité d'évents (15). 7. Moule selon la revendication 6, caractérisé en ce que les évents (15) présentent un diamètre compris entre 3 mm et 5 mm.35 8. Moule selon la revendication 7, caractérisé en ce que les évents (15) présentent un diamètre de 4 mm. 9. Moule selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que les évents (15) sont espacés entre eux d'une distance de 30 mm. 10. Moule selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend deux demi-bagues (3) fixées chacune sur une pièce complémentaire (1) du moule, et destinées à rester en place sur la pièce mécanique après retrait du moule.