Brevet FR3024954A1 — publié le 20160226

PROCEDE D'USINAGE DE PALIER DE BUTE LATERALE POUR ARBRE A CAMES DANS UNE CULASSE PAR FRAISAGE HEMISPHERIQUE [0001] L'invention porte sur un procédé d'usinage de palier de butée latérale pour arbre à cames par fraisage hémisphérique dans une culasse de moteur de véhicule automobile. [0002] De tels paliers de butée latérale doivent assurer le maintien de l'arbre à cames dans le sens axial et éviter tout déplacement de long de son axe. Le type de butée varie selon les efforts et les conditions de marche de l'ensemble d'arbre à cames. [0003] De manière classique, un arbre à cames est pourvu d'une succession de collerettes taillées dans la masse et s'appuyant sur une face interne du palier avec avantageusement un contre-grain lubrifié, ce qui permet de conserver le positionnement latéral de l'arbre à cames dans la culasse. [0004] Le montage d'un arbre à cames sur la culasse d'un moteur de véhicule automobile comprend une étape d'usinage qui consiste à visser sur un élément de palier de forme sensiblement semi-cylindrique un chapeau de palier complémentaire de forme semi-cylindrique puis à usiner l'alésage ainsi réalisé de manière à obtenir un palier latéral présentant un diamètre conforme à conforme à celui de l'arbre à cames auquel il est destiné. [0005] Selon l'état de la technique, un tel usinage d'un palier latéral de butée dans une culasse se fait en utilisant un train de fraises montées sur des têtes à renvoi d'angle. [0006] Un tel usinage implique un coût important d'entretien ainsi qu'un temps de réglage avant utilisation important. De plus, un tel usinage nécessite un train de fraises onéreux. [0007] Par conséquent, le problème à la base de l'invention est de réaliser l'usinage de paliers de butée latérale dans une culasse pour le calage d'un arbre à cames dans cette culasse d'une manière qui soit simple sans recourir à un outillage d'usinage important. [0008] Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un procédé d'usinage de palier de butée latérale pour arbre à cames dans une culasse de moteur de véhicule automobile, caractérisé en ce que l'usinage de chaque palier de butée latérale s'effectue par fraisage hémisphérique lors d'un cycle de contournage. 3024954 2 [0009] L'effet technique est d'obtenir un procédé d'usinage requérant un train de fraises moins onéreux et ne nécessitant pas un temps de réglage important avant utilisation. [0010] Avantageusement, la perpendicularité selon chaque dimension de la fraise 5 hémisphérique par rapport au palier de butée latérale à usiner est comprise entre 0 et 0,04mm. [0011] Avantageusement, la planéité de la surface usinée est comprise entre 0 et 0,03mm. [0012] Avantageusement, la tolérance en largeur de la surface usinée des paliers est de 10 0,05mm. [0013] Avantageusement, l'état de surface usinée présente une rugosité de niveau R4 maximum selon la norme NF E 05-515. [0014] Avantageusement, les défauts sur la surface usinée sont d'une largeur inférieure à 0,004 mm. 15 [0015] Avantageusement, la localisation de la surface usinée des paliers est inférieure à 0.1mm. [0016] L'invention concerne aussi une culasse de véhicule automobile présentant des paliers de butée latérale pour au moins un arbre à cames, caractérisée en ce que chacun de ses paliers de butée latérale est usiné conformément à un tel procédé d'usinage. 20 [0017] L'invention concerne enfin un véhicule automobile à moteur thermique caractérisé en ce qu'il comprend une telle culasse. [0018] D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : 25 - la figure 1 est une représentation schématique d'un outillage d'usinage sous la forme d'une fraise hémisphérique pouvant servir dans le procédé d'usinage selon la présente invention, - la figure 2 est une représentation schématique d'une vue en coupe d'une portion de culasse d'un moteur thermique de véhicule automobile avec un palier de butée latérale 30 pour arbre à cames, le palier de butée latérale pour arbre à cames étant usiné selon un procédé d'usinage conforme à la présente invention, ceci par une fraise hémisphérique, 3024954 3 - la figure 3 est une représentation schématique d'une vue en perspective d'une portion de culasse d'un moteur thermique de véhicule automobile avec un palier de butée latérale pour arbre à cames usiné selon un procédé d'usinage conforme à l'état de la technique, ceci par une tête à renvoi d'angle, 5 - la figure 4 est une représentation schématique d'une vue en perspective d'une portion de culasse d'un moteur thermique de véhicule automobile avec un palier de butée latérale pour arbre à cames montrant un palier de butée latérale pour arbre à cames usiné selon un procédé d'usinage conforme à la présente invention, ceci par une fraise hémisphérique. 10 [0019] Il est à garder à l'esprit que les figures sont données à titre d'exemples et ne sont pas limitatives de l'invention. Elles constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l'invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier les dimensions des différents éléments illustrés ne sont pas représentatives de la réalité. 15 [0020] L'invention prévoit d'utiliser une fraise hémisphérique ou fraise boule qui est un outil de finition privilégié pour l'usinage cinq axes, ceci pour l'usinage de palier de butée latérale pour arbre à cames dans une culasse de moteur de véhicule automobile. [0021] L'emploi d'une telle fraise impose d'incliner l'axe de la fraise par rapport à la normale locale de la surface à usiner pour éviter que le point de l'arête de l'outil, se 20 trouvant sur l'axe de la broche, ne soit en contact avec la matière à couper, ce qui correspond à un point de vitesse de coupe nulle. [0022] Il existe deux pratiques pour le fraisage hémisphérique. La première pratique implique un travail en cinq axes continus où l'opérateur peut maîtriser constamment les angles de dépinçage. 25 [0023] La seconde pratique impose un travail en trois axes où la position de la fraise est déterminée par des angles dits de dépinçage qui vont évoluer en fonction de la géométrie de la surface, avec cependant le risque de travailler avec un point de vitesse de coupe nulle, ce point étant dit point de rebroussement. C'est cette seconde pratique qui est préférée pour la mise en oeuvre du procédé d'usinage selon la présente invention. 30 [0024] Dans le cas du fraisage trois axes en bout avec en tant que tête de travail une fraise deux tailles, l'axe de l'outil de fraisage ou fraise hémisphérique est colinéaire à l'axe de la normale locale de la surface à usiner. Il y a donc des paramètres opératoires à 3024954 4 maitriser, notamment la vitesse de coupe, la profondeur de passe radiale et l'altitude de la pièce à usiner. [0025] La figure 1 montre un outil de fraisage sous la forme d'une fraise hémisphérique. La forme de la fraise et notamment de sa tête n'est pas limitative. Un affûtage de la tête de 5 fraisage peut être effectué pour obtenir une capacité d'usinage optimale. Des paramètres d'usinage seront ultérieurement mentionnés. [0026] Les paramètres de la fraise peuvent être entre autres le diamètre de la tige D2 de la fraise, le diamètre de la tête D1 de fraise, la longueur de la tige L1 de la fraise et la longueur de profondeur maximale L2 d'usinage. Il peut être tenu compte de la longueur 10 d'une partie intermédiaire L3 de la tige et de son diamètre D3, cette partie intermédiaire de la tige reliant la tête de fraise au reste de la tige. [0027] La fraise hémisphérique pouvant être portée par une broche, le diamètre de la tige D1 de la fraise doit correspondre au diamètre de la broche une fois serrée sur elle afin que la fraise hémisphérique soit correctement maintenue par la broche et qu'il n'y ait pas 15 de création de vibrations lors de l'usinage. [0028] La longueur de la fraise hémisphérique l'outil doit répondre à deux exigences contradictoires. D'une part, elle doit être assez longue pour permettre une profondeur d'usinage satisfaisante, afin qu'il n'y ait pas d'interaction avec des reliefs de la culasse. D'autre part, elle doit être assez réduite afin de ne pas engendrer de vibrations lors de 20 l'usinage. [0029] En se référant aux figures 2 et 3, l'invention concerne un procédé d'usinage de palier 2 de butée latérale pour arbre à cames dans une culasse 1 de moteur de véhicule automobile. Ce procédé s'effectue par fraisage hémisphérique dans un cycle de contournage. 25 [0030] Des conditions avantageuses d'usinage peuvent être définies et sont ci-après mentionnées. Ces conditions dimensionnelles et géométriques ne sont pas exhaustives et limitatives. Elles peuvent aussi être prises individuellement ou en combinaison. Divers paramètres d'usinage sont illustrés à la figure 2. [0031] Par exemple, les deux perpendicularités de la fraise hémisphérique, chacune 30 selon une dimension respective, par rapport au palier de butée latérale à usiner peuvent être d'environ 0,04mm. 3024954 5 [0032] La planéité de la surface usinée ainsi obtenue peut être comprise entre 0 et 0,03mm. [0033] La tolérance en ce qui concerne la largeur de la surface usinée des paliers peut être de 0,05mm. 5 [0034] L'état de surface obtenu peut présenter au moins une rugosité de R4 selon la norme NF E 05-515, ou une rugosité sous conditions encore plus exigeantes. [0035] Cette norme distingue six ordres de défauts de surface qui sont, du plus grand au plus petit : l'écart de forme à l'échelle macroscopique avec défaut de planéité, de 10 rectitude, de circularité, etc... ; l'ondulation à l'échelle macroscopique avec un écart entre les crêtes compris entre 0,5 et 2,5 mm ; les stries et sillons avec défauts périodiques ou pseudo-périodiques à l'échelle microscopique avec un écart entre les crêtes inférieur ou égal à 0,5 mm ; 15 les défauts localisés à l'échelle microscopique avec marque d'outil, arrachement, fente, piqûre, etc ..., ce qui correspond à la rugosité R4 souhaitée pour l'usinage selon la présente invention ; une structure cristalline à l'échelle mésoscopique ; un réseau cristallin à l'échelle nanoscopique. 20 [0036] L'état de surface souhaité pour chaque palier usiné de la culasse est donc au moins de niveau R4 en pouvant être aussi mésoscopique ou nanoscopique. Cetn état de surface concerne donc essentiellement des défauts d'une largeur inférieure à 0,004 mm ou 4 um. Ces défauts peuvent être périodiques ou localisés, par exemple sous forme de stries ou sillons. 25 [0037] La localisation des paliers peut être comprise entre 0 et 0.1mm. Cette localisation permet de garantir que la cote du palier est précise au plus à un dizième de millimètre. [0038] L'invention concerne aussi une culasse de véhicule automobile présentant des paliers de butée latérale pour un arbre à cames avec des paliers de butée latérale usinés conformément à un procédé ci-dessus décrit. 30 [0039] Une comparaison des figures 3 et 4 fait ressortir qu'un palier 2 de butée latérale d'une culasse 1 usiné selon un procédé d'usinage conforme à la présente invention 3024954 6 présente des caractéristiques spécifiques qui le différencient d'un palier de butée latérale d'une culasse usiné selon l'état de la technique. [0040] Les figures 3 et 4 montrent une portion d'une culasse 1 de moteur thermique avec un palier 2 qui est usiné respectivement en 3a et 3 à ces figures. 5 [0041] A la figure 3, la zone usinée est référencée 3a tandis qu'à la figure 4 la zone usinée est référencée 3. Pour chacune de ces figures, la zone usinée est sous la forme d'un rayonnage caractéristique d'un procédé d'usinage soit selon l'état de la technique comme montré à la figure 3, soit selon la présente invention comme montré à la figure 4. [0042] A la figure 3, le rayonnage 3a obtenu selon un procédé d'usinage conforme à 10 l'état de la technique avec une tête à renvoi d'angle est sensiblement plat en largeur à ses deux extrémités. [0043] Par contre, comme il peut être vu à la figure 4, le rayonnage 3 obtenu par usinage avec une fraise hémisphérique selon la présente invention est incurvé en son intérieur à ses extrémités du fait du passage de la fraise hémisphérique ou fraise boule. Ceci a 15 procuré de manière inattendue des avantages au niveau de l'usure du palier qui est diminué. [0044] L'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples. REVENDICATIONS: 1. Procédé d'usinage de palier (2) de butée latérale pour arbre à cames dans une culasse (1) de moteur de véhicule automobile, caractérisé en ce que l'usinage de chaque palier (2) de butée latérale s'effectue par fraisage hémisphérique lors d'un cycle de contournage. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la perpendicularité selon chaque dimension de la fraise hémisphérique par rapport au palier (2) de butée latérale à usiner est comprise entre 0 et 0,04mm. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la planéité de la surface usinée est comprise entre 0 et 0,03mm. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la tolérance en largeur de la surface usinée des paliers (2) est de 0,05mm. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'état de surface usinée présente une rugosité de niveau R4 maximum selon la norme NF E 05- 515. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel les défauts sur la surface usinée sont d'une largeur inférieure à 0,004 mm. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la localisation de la surface usinée des paliers (2) est inférieure à 0,1mm. 8. Culasse (1) de véhicule automobile présentant des paliers (2) de butée latérale pour au moins un arbre à cames, caractérisée en ce que chacun de ses paliers (2) de butée latérale est usiné conformément à un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9. Véhicule automobile à moteur thermique caractérisé en ce qu'il comprend une culasse (1) selon la revendication 8.