Revêtement laser des trous de cylindres usés

Revêtement laserest une technologie éprouvée pour l'entretien ou l'optimisation des composants du moteur, et c'est une technologie indispensable en raison de sa répétabilité fiable, de sa faible contrainte sur les éléments thermiques et de sa modification mécanique à faible coût. Il existe désormais sur le marché un nouveau dispositif, iClad®, qui peut être utilisé pour revêtir des contours internes ou des trous borgnes à un niveau impossible avec les têtes d'usinage conventionnelles. Ce micro-usinage convient au revêtement de trous aussi petits que 26 mm de diamètre et à des profondeurs d'usinage allant jusqu'à 500 mm. Pour la première fois, son fabricant Pallas (Wrselen, Allemagne) a équipé l'iClad d'une tête d'usinage rotative permettant de réparer les trous de cylindre usés dans les moteurs diesel des trains. Les machines équipées de fonctions rotatives ont un potentiel inégalé pour une large gamme d'applications, réparant les contours internes de composants ouverts non symétriques en rotation avec des trous excentriques ou de 50 mm ou plus de diamètre, avec des profondeurs d'usinage allant jusqu'à 500 mm.

Le spécialiste belge du laser Laser Coating Diamond Technology (LaserCo DT), basé à Strpy-Bracquegnies, en Belgique, protège les métaux de l'usure grâce au revêtement laser et aux revêtements diamantés. Un opérateur ferroviaire belge a chargé l'entreprise de réparer les trous de cylindre usés à l'aide d'une technologie de revêtement laser sur les points inverses des pistons supérieur et inférieur. Hugues Desmecht, directeur général de l'entreprise, a demandé à l'Institut Fraunhofer de technologie laser (ILT) d'Aix-la-Chapelle, en Allemagne, de réaliser une étude de faisabilité. Dans le cadre de cette recherche, ILT a travaillé en étroite collaboration avec Pallas (www.pallaskg.de), qui a précédemment développé iClad et commercialise désormais le système. Dans cette étude, la fusion laser basée sur ICLAD a été utilisée pour réparer deux des six trous de cylindre endommagés.

Le coût de remplacement du moteur est d'environ 20 $,000. Compte tenu de la grande quantité d'argent et de temps consommé pendant le transport, le revêtement laser est reconnu comme une alternative plus efficace en termes de temps et de coût. Pour des ouvertures suffisamment grandes, telles que 100 mm de diamètre ou plus, une variété de têtes d'usinage conventionnelles sont disponibles sur le marché pour permettre l'usinage de profils externes ou internes. Aujourd'hui, avec l'avènement de la petite tête rotative iClad, elle est devenue une nouvelle technologie fiable pour réparer les trous de cylindre endommagés, ce qui n'était pas possible avec les têtes d'usinage standard précédentes. LaserCo DT et l'opérateur ferroviaire belge attendent donc beaucoup de l'étude de faisabilité réalisée par ILT.

Chaque tête iClad se compose de trois modules : port d'alimentation en poudre, corps et bouchon en fibre. Contrairement aux têtes d'usinage conventionnelles, les têtes d'usinage et les composants iClad fonctionnent à quelques millimètres les uns des autres. Dans les têtes d'usinage standards, cette distance atteint 20 mm. Selon le point d'usinage, le faisceau laser peut sortir selon un angle de 30 ou 90. Les trous borgnes peuvent être facilement recouverts avec une tête d'usinage à angle 30-, grâce au point de fonctionnement du laser devant la tête d'usinage. Lorsqu'il est nécessaire de recouvrir des trous traversants, une tête d'usinage à angle 90 est utilisée. La tête d'usinage rotative interne étroite a une fonctionnalité supplémentaire car elle peut être insérée dans le trou pour le revêtement depuis le côté ou de haut en bas jusqu'à une profondeur de 500 mm. Le critère principal pour les applications industrielles est la capacité de charge thermique continue de la tête de traitement. La méthode efficace de refroidissement par eau utilisée empêche la surchauffe des composants de précision. Le système de protection interne de la tête d'usinage évite qu'elle soit contaminée ou endommagée par le dépôt de particules de poudre. De plus, le chemin optique parcouru par le faisceau laser est constamment rempli de gaz protecteurs.

De nouvelles têtes d'usinage à fonctions rotatives sont utilisées pour rénover les trous de cylindre des moteurs diesel. L'intégration d'un pilote rotatif dans la tête d'usinage permet la réparation de trous excentriques dans les pièces de montage statiques. Même insérée horizontalement, la tête d'usinage assure une application uniforme de la poudre sans modifier son angle de rotation. Cependant, dans cette application particulière, la tête rotative est insérée verticalement dans le trou du cylindre via un système de liaison à cinq axes. L'un des principaux points de discorde avec la tête rotative est que, compte tenu du poids de la tête d'usinage elle-même, il est impossible de faire tourner un moteur diesel pesant jusqu'à 700 kg à travers une tête d'usinage fixe. Les trous excentriques créent un déséquilibre important, ce qui rend très difficile la garantie de la précision d'usinage requise. Centrer chaque cylindre individuellement est une option moins réalisable en raison des facteurs de coût importants impliqués.

Le diamètre d'alésage du diamètre intérieur du cylindre est de 178 mm ; La zone inférieure à revêtir a une profondeur d'environ 340 mm et est constituée d'un anneau d'environ 60 mm de haut. Les têtes d'usinage classiques ne conviennent que pour les angles proches du trou car la buse est située à l'extrémité de la tête d'usinage. Ainsi, bien que le diamètre du trou atteigne 180 mm, ces têtes d'usinage ne peuvent être usinées que jusqu'à une profondeur maximale d'environ 40 mm. En revanche, la tête rotative iClad peut être insérée verticalement dans l'alésage du cylindre et peut gérer toute la surface interne à des angles de 90. Les paramètres décisifs du modèle rotatif iClad peuvent être résumés sous trois aspects : outre sa capacité de rotation et sa tête d'usinage étroite, la profondeur d'usinage maximale de 500 mm est également un facteur clé.

La couche interne du cylindre entre les points de rupture supérieur et inférieur est usée et recouverte d'un revêtement de plus de 1 mm d'épaisseur. C'est ce qu'on appelle le revêtement en alliage d'acier inoxydable pour assurer non seulement la résistance à l'usure nécessaire, mais également une bonne résistance à la corrosion dans les environnements acides et alcalins. La ténacité du matériau en alliage sélectionné empêche la formation de fissures, mais présente également une bonne usinabilité et une porosité minimale du revêtement de surface. Tout d'abord, les trous d'usure des clients de LaserCo DT sont usinés sur mesure pour éliminer l'usure et les fissures, créant ainsi une surface lisse pour le revêtement laser ultérieur.

À l'Institut Fraunhofer de technologie laser, les blocs moteurs sont placés sur des supports en acier, puis alignés et correctement ajustés. Le Dr Andreas Weisheit et son équipe, en collaboration avec Stephan Kalawrytinos de Pallas, ont développé la tête d'usinage rotative interne. En position basse, la surface du trou du cylindre peut être usinée dans la zone de l'anneau endommagé. Avec un système de liaison à cinq axes, deux couches sont appliquées en utilisant deux mouvements de rotation superposés pour obtenir l'épaisseur de revêtement souhaitée de 1 mm. Un programme de contrôle numérique a été développé pour ce processus. À partir du bord inférieur, à une profondeur d'environ 300 mm, le revêtement recouvre la surface en forme de spirale.

M. Weisheit était très satisfait des résultats des tests. "Cela prouve sans l'ombre d'un doute que le revêtement laser est techniquement réalisable et rentable pour la réparation des trous de cylindres sans qu'il soit nécessaire d'acheter des pièces de rechange", a-t-il déclaré. Grâce à la tête rotative d'usinage de profilés internes iClad, le revêtement obtenu présente une excellente qualité de surface. » Selon lui, le moteur en marche a prouvé ses capacités pour les applications industrielles. Même après plusieurs heures d'utilisation continue, sa capacité à continuer à travailler reste absolument fiable. Le succès total de ce test fournit des preuves révolutionnaires en faveur de la réparation ou de la réparation de pièces de machines, ce qui était auparavant impossible.