Améliorer la tribologie des surfaces d'alésage grâce au brunissage méca-chimique

Ce procédé « méca-chimique » améliore les propriétés tribologiques des matériaux ferreux tels que l'acier et la fonte par brunissage/surfaçage, tout en imprégnant la surface à l'échelle nanométrique de tungstène. Crédit photo : Sunnen

Le rodage est souvent l'une des opérations d'usinage finales pour les pièces dotées d'alésages de précision qui doivent accueillir des composants internes d'ajustement. Selon le fabricant d'équipements et d'abrasifs de rodage Sunnen, ce procédé peut remédier à diverses conditions d'alésage défavorables, notamment la taille du diamètre, l'évasement, l'ondulation, le conage, la forme en tonneau, le chantournage de l'alésoir, les marques d'alésage et les trous hors-rond. Il permet d'atteindre des tolérances de diamètre d'alésage de ±0,0002 pouce tout en laissant sa signature de motif croisé pour la rétention de lubrification.

Allant plus loin, Sunnen s'est récemment associé à l'entreprise suédoise Applied Nano Surfaces (ANS) pour proposer la technologie Triboconditioning d'ANS sur les machines de rodage CNC standard de Sunnen. Le Triboconditioning, qui est un procédé effectué après le rodage et qui ressemble beaucoup à une opération de rodage, peut améliorer la finition de surface d'alésage et l'étanchéité de combustion tout en réduisant le frottement et l'usure entre les composants d'ajustement.

Il y parvient grâce à ce que les entreprises qualifient de procédé « méca-chimique » conçu pour améliorer les propriétés tribologiques des matériaux ferreux (tels que l'acier et la fonte) par brunissage/surfaçage, tout en imprégnant la surface à l'échelle nanométrique de tungstène.

Imaginez une opération de rodage typique : un outil rotatif (mandrin) équipé de pierres abrasives effectue des allers-retours dans un alésage tout en étant lubrifié à l'huile. Au cours du processus, l'outil écarte les abrasifs pour les mettre en contact avec la surface de l'alésage, leur permettant d'enlever de minimes quantités de matière pour amener l'alésage à sa cote et sa finition appropriées.

La pression des « rebords » en carbure sur la surface de l'alésage, combinée à la chaleur générée, provoque l'imprégnation du tungstène contenu dans le fluide de Triboconditioning dans la surface du matériau de base à un niveau submicronique. Crédit photo : Sunnen

Avec le Triboconditioning, les pierres abrasives sont remplacées par des « rebords » en carbure rectifiés et polis, et l'huile est remplacée par le fluide de procédé contenant du tungstène. La pression des rebords sur la surface de l'alésage, combinée à la chaleur générée, provoque l'imprégnation — infusion chimique et liaison — du tungstène du fluide dans la surface du matériau de base à un niveau submicronique. Comme le tungstène est imprégné dans le matériau de base, il n'est pas sujet à l'écaillage ou au décollement comme peuvent l'être d'autres revêtements résistants à l'usure appliqués (le Triboconditioning n'est pas un procédé de revêtement). De plus, il résiste mieux à la dégradation par les solvants, les carburants et les lubrifiants. En outre, le procédé produit un effet « tel qu'usiné » sur la surface surfaçée rodée tout en conservant le motif croisé de rodage sous-jacent.

Une application bien adaptée au Triboconditioning est celle des cylindres et chemises de moteurs automobiles, où la réduction du frottement entre ces composants et les segments de piston signifie moins de pertes d'énergie et une réduction des émissions. De plus, l'effet de brunissage sert de processus de « rodage » pour les cylindres et chemises, qui se produirait autrement une fois le moteur assemblé et démarré pour la première fois. En outre, les pièces traitées sont plus compatibles avec des lubrifiants à viscosité plus faible, ce qui se traduit par une meilleure économie de carburant du moteur sans risque de défaillances liées à l'usure.

Pour des composants tels que les chemises de cylindre, le procédé produit une surface « tel que rodée » sur la surface surfaçée rodée tout en conservant le motif croisé de rodage sous-jacent.

D'autres composants automobiles applicables au Triboconditioning sur machines de rodage incluent les paliers, les guides de soupapes et les bielles. Le procédé convient également aux engrenages et aux ensembles hydrauliques tels que les valves cartouches.

Sunnen propose le traitement Triboconditioning pour une utilisation sur ses nouvelles machines de rodage, mais la technologie peut également être rétrofitée sur des machines existantes répondant aux exigences des systèmes d'avance et de contrôle de précision nécessaires pour produire les forces requises par le procédé.

Mais au-delà de la capacité à traiter les surfaces d'alésage intérieures, ANS a développé des procédés de Triboconditioning pour les surfaces de diamètre extérieur à géométrie complexe, notamment les arbres à cames, les vilebrequins et les dents d'engrenages, en utilisant d'autres plateformes d'équipements d'usinage conventionnels.