Brevet FR3093018A1 — publié le 20200828

Description Titre de l'invention : PROCEDE DE POLISSAGE D'UNE PIECE PAR ULTRASONS [0001] La présente invention porte sur un procédé de polissage d'une pièce par ultrasons. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, pour réaliser la finition des pièces de véhicules automobiles ou toute autre industrie. L'invention n'est pas limitée au polissage de pièces réalisées en métal et pourra également être mise en oeuvre avec des pièces réalisées en plastique. L'invention trouve une application dans le traitement de pièces issues de fabrication additive, telle que l'impression 3D, afin d'éviter des opérations d'usinage sur les parties moulantes qui sont quasiment au bon dimensionnel. Le procédé selon l'invention est mis en oeuvre pour traiter toute sorte de surface brute qui pourra être une surface extérieure ou intérieure d'une pièce. [0002] De façon connue en soi, la fabrication de toute pièce métallique ou non obtenue par tout procédé de fabrication doit subir ensuite des opérations de finition, à savoir un usinage et/ou un polissage afin de pouvoir être ensuite utilisée dans son environnement. [0003] Un système de polissage par ultrasons comporte un récipient rempli d'un liquide inerte, tel que de l'eau ou de l'huile, ainsi que des particules abrasives. Un générateur d'ondes acoustiques permet de générer des ondes transmettant de l'énergie acoustique aux particules afin de les mettre en mouvement. L'action abrasive entre les particules et la surface de la pièce permet d'obtenir l'effet de polissage recherché. [0004] Une taille et une dureté des particules abrasives sont choisies en fonction de la pièce à traiter. La dureté des particules est au moins du même ordre ou supérieure à celle du matériau de la pièce à traiter. Les particules sont suffisamment petites pour être maintenues en suspension dans le liquide. Des particules relativement larges sont utilisées pour un polissage grossier et des particules relativement petites sont utilisées pour effectuer un polissage de finition. [0005] L'invention vise à proposer un procédé permettant, suivant le besoin fonctionnel, qui peut être technique ou esthétique, d'atteindre aisément des paramètres d'écart de forme et de rugosité adaptés pour une application donnée. L'invention permet ainsi d'atteindre une rugosité adaptée pour obtenir un frottement de glissement limitant l'usure, une résistance au matage pour éviter l'écrasement de la matière, une étanchéité dynamique sans joint pour limiter les fuites, ou encore un assemblage avec contraintes pour résister à la fatigue. [0006] Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé de polissage d'une pièce par 2 ultrasons au moyen d'une cuve à ultrasons contenant un liquide dans lequel est immergée ladite pièce ainsi que des particules abrasives, une source étant apte à générer un signal ultrasonore destiné à se propager à l'intérieur de la cuve de manière à faire entrer en vibration les particules abrasives, ledit procédé comportant: - une étape de mesure ou d'estimation d'un pas moyen de rugosité de la pièce, et - une étape de génération d'un signal ultrasonore engendrant une amplitude de vibration des particules abrasives égale ou légèrement supérieure au pas moyen de rugosité. [0007] Selon une mise en oeuvre, ledit procédé comporte en outre une étape de mesure d'un pas moyen d'ondulation de la pièce et une étape de génération d'un signal ultrasonore engendrant une amplitude de vibration des particules abrasives égale ou légèrement supérieure au pas moyen d'ondulation. [0008] Selon une mise en oeuvre, une fréquence du signal ultrasonore est comprise entre 16kHz et 100kHz. [0009] Selon une mise en oeuvre, une puissance du signal ultrasonore est comprise entre 500 et 5000 watts. [0010] Selon une mise en oeuvre, une durée de traitement est comprise entre 5 minutes et une heure, voire plus suivant la complexité de l'application et la taille de la pièce. [0011] Selon une mise en oeuvre, une dureté des particules abrasives est au moins égale à celle de la pièce. [0012] Selon une mise en oeuvre, le matériau des particules abrasives est choisi notamment parmi un des matériaux suivants: un matériau à base de tungstène, un alliage de titane, un alliage d'aluminium, un acier, ou un alliage de nickel. [0013] Selon une mise en oeuvre, le liquide dans lequel est immergée la pièce est un liquide inerte, tel que de l'eau ou de l'huile. [0014] Selon une mise en oeuvre, la pièce est une pièce de moteur de véhicule automobile, notamment une culasse ou un carter-cylindres. [0015] L'invention a également pour objet une pièce polie obtenue par la mise en oeuvre du procédé tel que précédemment défini. [0016] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. [0017] [fig.1] La figure 1 est une représentation schématique d'une cuve à ultrasons contenant une pièce à polir par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; [0018] [fig.2] La figure 2 est une vue du profil brut d'une pièce à polir mettant en évidence les paramètres permettant de définir son état de surface; 3 [0019] [fig.3] La figure 3 montre des vues respectivement d'un profil brut de la pièce, d'un profil de la pièce présentant un défaut d'ondulation et d'un profil de la pièce présentant un défaut de forme; [0020] [fig.4] La figure 4 est une représentation schématique illustrant le déplacement vibratoire d'une particule abrasive entre deux pics du profil de la pièce; [0021] [fig.5] La figure 5 montre des vues en trois dimensions de l'état de surface respectivement avant et après une étape de polissage du procédé selon l'invention. [0022] Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. [0023] La figure 1 montre une cuve à ultrasons 10 contenant un liquide inerte 11, tel que de l'eau ou de l'huile, dans lequel est immergée une pièce à polir 12 ainsi que des particules abrasives 13. Au moins une source 15 est apte à générer un signal ultrasonore destiné à faire entrer en vibration les particules abrasives 13. En l'occurrence, on utilise deux sources à ultrasons 15 mais cc nombre pourra bien entendu être adapté en fonction de l'application. [0024] La pièce à polir 12 est par exemple une pièce de moteur de véhicule automobile, notamment une culasse ou un carter-cylindres, réalisée dans un matériau métallique. En variante, il sera bien entendu possible de traiter un autre type de pièce nécessitant un polissage d'au moins une de ses faces. La pièce 12 pourra être réalisée dans un matériau autre que le métal, notamment en plastique. [0025] Une dureté des particules abrasives 13 est au moins égale à celle de la pièce à traiter 12. Dans le cas où la pièce 12 est réalisée en métal, le matériau des particules abrasives 13 est choisi notamment parmi un des matériaux suivants: un matériau à base de tungstène, un alliage de titane, un alliage d'aluminium, un acier, ou un alliage de nickel. [0026] Comme cela ressort de la figure 2, l'état de surface S de la pièce 12 est défini par plusieurs paramètres, à savoir: - un paramètre de rugosité Rz correspondant à une hauteur maximale du profil de distance entre la ligne des saillies Li et la ligne des creux L2 de la face de la pièce 12. - un paramètre de rugosité Ra qui est un écart moyen arithmétique du profil correspondant à la moyenne des valeurs absolues des écarts entre le profil de la surface de la pièce 12 et une ligne moyenne L3 de ce profil. - un pas moyen d'ondulation Wa correspondant à une distance moyenne entre deux saillies consécutives du profil de la surface de la pièce 12. - un pas moyen de rugosité Wr correspondant à une distance moyenne entre deux saillies consécutives situées à l'intérieur des ondulations du profil de la surface de la pièce 12. [0027] Comme cela est illustré par la figure 4, le procédé selon l'invention pourra consister à mesurer ou estimer le pas moyen d'ondulation Wa de la pièce 12. La source 15 est ensuite pilotée de façon à générer un signal ultrasonore Su ayant une amplitude de pression AP et une fréquence égale à 1/T. Ce signal ultrasonore Su engendre une amplitude de vibration AV des particules abrasives 13 égale ou légèrement supérieure au pas moyen d'ondulation Wa. Par "légèrement supérieure", on entend une amplitude de vibration AV des particules abrasives 13 qui est au plus 10% plus grande que le pas moyen d'ondulation Wa. [0028] On obtient alors une pièce 12 ayant un état de surface S' dont un paramètre de rugosité Rz et/ou Ra aura atteint une valeur prédéterminée et qui présentera uniquement un défaut d'ondulation, tel que cela est illustré par la figure 3. La figure 5 montre des vues en trois dimensions de l'état de surface respectivement avant et après l'étape de polissage. [0029] De façon complémentaire, le procédé pourra consister à mesurer ou estimer le pas moyen de rugosité Wr de la pièce 12. La source 15 est ensuite pilotée de façon à générer un signal ultrasonore Su engendrant une amplitude de vibration AV des particules abrasives 13 égale ou légèrement supérieure au pas moyen de rugosité Wr. Par "légèrement supérieure", on entend une amplitude de vibration AV des particules abrasives 13 qui est au plus 10% plus grande que le pas moyen de rugosité Wr. [0030] On obtient alors une pièce 12 ayant un état de surface S" qui présente uniquement un défaut de forme, tel que cela est illustré par la figure 3. La finition de la pièce 12 dite "poli miroir" est particulièrement adaptée aux pièces à caractère esthétique. Cette deuxième étape de polissage n'est toutefois pas indispensable. [0031] Une fréquence du signal ultrasonore Su pourra être comprise entre 16kHz et 100kHz. Une puissance du signal ultrasonore Su pourra être comprise entre 500 et 5000 watts. La fréquence et la puissance du signal ultrasonore Su pourront être adaptés pour limiter la durée de traitement de la pièce 12. Généralement, cette durée de traitement est comprise entre 5 minutes et une heure, voire plus suivant la complexité de l'application et la taille de la pièce. [0032] L'invention permet ainsi, suivant le besoin fonctionnel, qui peut être technique ou es- thétique, d'atteindre aisément des paramètres d'écart de forme et de rugosité adaptés à une application donnée. L'invention permet ainsi d'atteindre une rugosité adaptée pour obtenir un frottement de glissement limitant l'usure, une résistance au matage pour éviter l'écrasement de la matière, une étanchéité dynamique sans joint pour limiter les fuites, un assemblage avec contraintes pour résister à la fatigue. 5