Brevet FR3096419A1 — publié le 20201127

Description Titre de l'invention : Organe de guidage, système mécanique comprenant un tel organe de guidage, et procédé de fabrication d'un tel organe de guidage Domaine technique 100011 La présente invention concerne un organe de guidage, un système mécanique comprenant un tel organe de guidage, et un procédé de fabrication d'un tel organe de guidage. 100021 Le domaine de l'invention est celui des systèmes mécaniques fonctionnant en os- cillation, translation ou rotation sous fortes charges et soumis aux chocs en environnement abrasif. Technique antérieure [0003] De manière classique, un tel système comprend un organe de guidage et un élément mobile, comme décrit dans le document W02006087498. [0004] A titre d'exemple, le système peut former une articulation d'engin de travaux publics ou miniers, de véhicule agricole, de machine industrielle, etc. [0005] Les bagues en bronze, en matériau composite ou en matériau polymère présentent l'avantage, lorsqu'elles sont. soumises à des charges importantes, de pouvoir s'accommoder à la géométrie de l'axe et ainsi diminuer les pressions normales. La diminution du facteur p.V (produit de la pression diamétrale p en N/mm2 par la vitesse circonférentielle V en m/s) entraine alors une diminution de l'usure de la bague. [0006] En revanche, leur faible dureté de surface entraine une faible résistance à l'usure abrasive. [0007] De ce fait, pour les applications soumises à des charges élevées et à une forte abrasion, il est d'usage d'utiliser des aciers avec des propriétés mécaniques importantes (Re > 800 MPa) et des duretés élevées. Ces aciers sont. traités thermiquement et présentent une structure bainitique ou martensitique. [0008] Cependant, du fait de leurs propriétés mécaniques importantes, ces bagues ne peuvent pas s'accommoder aux flexions d'axes. Cela entraîne des facteurs p.V localisés très importants. et par conséquent de l'usure puis du grippage. Exposé de l'invention [0009] Le but de la présente invention est de proposer un organe de guidage amélioré, remédiant aux inconvénients ci-dessus. [0010] A cet effet, l'invention a pour objet un organe de guidage, comprenant un corps muni d'un alésage pour le montage d'un élément mobile, le corps étant constitué d'un matériau métallique présentant une limite élastique Re comprise entre 200 et 600 MPa, 2 caractérisé en ce que l'alésage a une couche superficielle traitée contre le grippage sur une profondeur de diffusion inférieure ou égale à 0,6 mm, la couche superficielle présentant une dureté supérieure ou égale à 500 Hvl sur une profondeur comprise entre 5 et 50 pm. [0011] Ainsi, l'invention permet d'obtenir un organe de guidage très performant dans le cadre des applications sous fortes charges et chocs en environnement abrasif, avec un excellent compromis entre résistance au grippage, résistance à l'abrasion et accommodation. L'organe de guidage présente des performances élevées, habituellement obtenues avec des catégories d'aciers nettement plus onéreuses, ainsi que des traitements de surface plus longs et plus profonds. La solution proposée est plus compétitive, avec un rapport performance! prix amélioré. [0012] Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention, prises isolément ou en combinaison : [0013] - Le matériau métallique est un matériau métallique ferreux. [0014] - Le matériau métallique est choisi parmi les aciers de construction ou les aciers faiblement alliés. [0015] - Le matériau métallique présente une limite élastique Re comprise entre 300 et 600 MPa. [0016] - Le matériau métallique présente une limite élastique Re comprise entre 400 et 500 MPa. [0017] - La couche superficielle est traitée contre le grippage sur une profondeur de diffusion inférieure ou égale à 0,3 mm. [0018] - La couche superficielle présente une dureté supérieure ou égale à 500 Hvl sur une profondeur comprise entre 20 et 50 Fm. [0019] - La couche superficielle présente une dureté supérieure ou égale à 550 Hvl sur une profondeur comprise entre 5 et 50 Fm. [0020] L'invention a également pour objet un système mécanique, comprenant un organe de guidage selon l'une des revendications précédentes, et un élément mobile disposé dans l'alésage de cet organe de guidage. [0021] L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un organe de guidage, comprenant un corps muni d'un alésage pour le montage d'un élément mobile, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes successives suivantes : [0022] - fabriquer le corps en un matériau métallique présentant une limite élastique Re comprise entre 200 et 600 MPa; [0023] - réaliser un traitement de surface de l'alésage pour protéger l'organe de guidage contre le grippage, le traitement de surface affectant une couche superficielle de l'alésage sur une profondeur de diffusion inférieure ou égale à 0,6 mm, la couche superficielle présentant après le traitement de surface une dureté supérieure ou égale à 3 550 Hvl sur une profondeur comprise entre 5 et 50 !m. Brève description des dessins [0024] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : [0025] [fie.11 la figure 1 est une coupe longitudinale d'un système mécanise conforme à l'invention, comprenant un organe de guidage conforme à l'invention, et un élément mobile. [0026] [fie.21 la figure 2 est une vue à plus grande échelle du détail II à la fleure 1. Description des modes de réalisation [0027] Sur les figures 1 et 2 est représenté un système mécanique 1 conforme à l'invention, comprenant une bague 10 conforme à l'invention, et un arbre 20 disposé dans la bague 10 suivant un axe longitudinal Xi. [0028] Le système 1 est conçu pour supporter de fortes charges et/ou des chocs en envi- ronnement abrasif Le système 1 constitue par exemple une articulation d'engin de travaux publics ou miniers, de véhicule agricole, de machine industrielle pour la sidérurgie, etc. [0029] La bague 10 comprend un corps 12 et un alésage 14 de profil cylindrique formé dans le corps 12. L'alésage 14 est prévu pour recevoir l'arbre 20, mobile en rotation autour de l'axe X1 et/ou en translation suivant l'axe Xi, selon un mouvement continu ou alternatif La bague 10 constitue un organe de guidage de l'arbre 20 en rotation et/ou translation. 100301 L'interface de frottement entre la bague 10 et l'arbre 20, plus précisément entre l'alésage 14 et la surface externe de l'arbre 20, est de préférence lubrifiée. L'alésage 14 peut être lisse ou comporter des cavités faisant office de réserve de lubrifiant, comme décrit dans les documents EP0987456 et W02006087498. 100311 Le corps 12 est constitué d'un matériau métallique présentant une limite élastique Re comprise entre 200 et 600 MPa. Avantageusement, le matériau métallique peut être choisi parmi les aciers de construction ou les aciers faiblement alliés (comprenant au moins 95% de fer et de carbone). Cela réduit fortement le coût de fabrication de la bague 10, tout en procurant plusieurs avantages, détaillés ci-après. Le matériau métallique présente une limite élastique Re comprise de préférence entre 300 et 600 MPa, encore de préférence entre 400 et 500 MPa. 100321 A titre d'exemples non limitatifs, le matériau du corps 12 peut être choisi parmi les matériaux métalliques suivants : 100331 [Tableaux 1] Nuance normalisée Limite élastique à la traction Re (en PMa) Catégorie 5235 235 Acier d'usage général 5335 335 Acier d'usage général E295 295 Acier de construction mécanique 5355 355 Acier de construction mécanique 34 Cr Mo 4 450 à 600 Acier faiblement allié 100341 Selon l'invention, l'alésage 14 a une couche superficielle 16 traitée contre le grippage sur une profondeur de diffusion P16 inférieure ou égale à 0,3 mm. La couche superficielle 16 présente une dureté supérieure ou égale à 500 Hvl sur une profondeur P18 comprise entre 10 et 50pm. La dureté peut être comprise entre 500 et 650 Hyl, en étant de préférence supérieure à 550 Hvl. La profondeur P18 est de préférence comprise entre 20 et 50 pm. Par exemple, la profondeur de diffusion P16 du traitement de surface anti-grippage appliqué à l'alésage 14 peut être de 0,2 mm, avec une dureté égale à 600 Hvl sur une profondeur PI 8 de 30pm. Les profondeurs P16 et P18 ne sont pas à l'échelle sur la figure 2 dans un but de simplification. [0035] De préférence, le traitement anti-grippage est une nitruration. [0036] Si la profondeur P18 durcie est trop faible ( 50 pm), la couche superficielle 16 devient fragile et moins résiliente, donc sujette à l'écaillage, et présente une capacité d'accommodation plus réduite. [0037] La profondeur de diffusion P16 du traitement de surface anti-grippage est limitée à 0,3 mm afin de conserver les propriétés d'accommodation maximale. Le traitement de surface aura ainsi l'avantage de ne pas s'écailler lorsqu'il sera soumis à des compressions de 4% minimum. [0038] Comme les matériaux métalliques s'écrouissent lorsqu'ils sont soumis à des charges supérieures à leurs limites élastiques, une fois l'accommodation effectuée, la résistance à la charge des zones sollicitées mécaniquement sera plus grande. [0039] Par rapport aux bagues en matériaux métalliques présentant des propriétés mé- caniques importantes (Re > 600 MPa), l'utilisation d'une bague 10 en matériau métallique présentant des propriétés mécaniques moins importantes (Re MPa. [0042] Par rapport aux bagues en matériaux composites et matériaux polymères, la bague 10 présente une meilleure résistance à la charge suite à l'écrouissage de la couche superficielle, et une meilleure résistance à l'abrasion grâce à la dureté de surface de la couche superficielle 16 soumise au traitement de surface. [0043] Par rapport aux bagues en bronze (125 600MPa) pour éviter l'écaillage du revêtement soumis à de l'abrasion et à des chocs, la bague 10 peut être en matériau métallique présentant des propriétés mécaniques moins importantes (Re 600 MPa, l'accommodation est insuffisante, les charges sont mal réparties, le facteur p.V est important aux emplacements où les charges sont maximales, conduisant à une usure importante de l'arbre. [0048] Lorsque la bague 10 est conforme à l'invention, avec Re REVENDICATIONS[Revendication 1] Organe de guidage (10), comprenant un corps (12) muni d'un alésage (14) pour le montage d'un élément mobile (20), le corps (12) étant constitué d'un matériau métallique présentant une limite élastique Re comprise entre 200 et 600 MPa, caractérisé en cc que l'alésage (14) a une couche superficielle (16) traitée contre le grippage sur une profondeur de diffusion (P16) inférieure ou égale à 0,6 mm, la couche superficielle (16) présentant une dureté supérieure ou égale à 500 Hvl sur une profondeur (PI 8) comprise entre 5 et 50 pm. [Revendication 2] Organe de guidage (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau métallique est un matériau métallique ferreux. [Revendication 3] Organe de guidage (10) l'une des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce que le matériau métallique est choisi parmi les aciers de construction ou les aciers faiblement alliés. [Revendication 4] Organe de guidage (10) selon l'une des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce que le matériau métallique présente une limite élastique Re comprise entre 300 et 600 MPa. [Revendication 5] Organe de guidage (10) selon l'une des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce que le matériau métallique présente une limite élastique Re comprise entre 400 et 500 MPa. [Revendication 6] Organe de guidage (10) selon l'une des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce que la couche superficielle (16) est traitée contre le grippage sur une profondeur de diffusion (P16) inférieure ou égale à 0,3 mm [Revendication 7] Organe de guidage (10) selon l'une des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce que la couche superficielle (16) présente une dureté supérieure ou égale à 500 Hvl sur une profondeur (P18) comprise entre 20 et 50 pm. [Revendication 8] Organe de guidage (10) selon l'une des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce que la couche superficielle (16) présente une dureté supérieure ou égale à 550 Hvl sur une profondeur (P 18 ) comprise entre 5 et 50 pm. [Revendication 9] Système mécanique (1), comprenant un organe de guidage (10) selon l'une des revendications précédentes, et un élément mobile (20) disposé dans l'alésage (14) de cet organe de guidage (10). [Revendication 10] Procédé de fabrication d'un organe de guidage (10), comprenant un corps (12) muni d'un alésage (14) pour le montage d'un élément mobile (20), caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes successives suivantes : - fabriquer le corps (12) en un matériau métallique présentant une limite élastique Re comprise entre 200 et 600 MPa ; - réaliser un traitement de surface de l'alésage (14) pour protéger l'organe de guidage (10) contre le grippage, le traitement de surface affectant une couche superficielle (16) de l'alésage (14) sur une profondeur de diffusion (P16) inférieure ou égale à 0,6 mm, la couche superficielle (16) présentant après le traitement de surface une dureté supérieure ou égale à 550 Hvl sur une profondeur (P18) comprise entre 5 et 50 pm.