Texturation anti-friction des portées cylindriques de vilebrequins

Anti-friction texturing of the cylindrical bearings of crankshafts

• Auteur / Autrice : Kevin Serpin
• Direction : Mohamed El Mansori, Sabeur Mezghani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique - procédés de fabrication
• Date : Soutenance le 17/05/2017
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Mechanics surfaces and materials processing (MSMP) - Mechanics surfaces and materials processing
• Jury : Président / Présidente : Pierre Montmitonnet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohamed El Mansori, Sabeur Mezghani, Yvan Chastel, Elisabeth Pageot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Roberto Martins de Souza, Michel Fillon

Mots clés

Mots clés contrôlés

États électroniques de surface

Usinage par laser

Automobiles -- Moteurs -- Vilebrequins

Mots clés libres

Texturation

Frottements

Grippage

Vilebrequin

Toilage

Laser

Texturing

Friction

Seizing

Crankshaft

Belt-Grinding

Laser

Résumé

Les récentes séverisations des normes d’émission a indirectement conduit le groupe RENAULT à durcir et optimiser les spécifications appliquées aux surfaces en contact. Les portées de vilebrequins sont particulièrement concernées. A l’instar des développements produit/process liés au rodage des fûts de cylindre, il est envisagé depuis peu d’appliquer une texturation antifriction sur les tourillons et manetons. Ces portées de paliers sont actuellement superfinies par toilage, un procédé d’abrasion à la fois robuste et économique. Malheureusement, le toilage produit, en usine du moins, une unique morphologie de surface, à savoir, une striation circonférentielle intégrale. Il apparaît, en ce sens, très limité. La présente étude a pour objectif d’investiguer plus finement les capacités de texturation du toilage. Elle propose un ensemble d’analyses expérimentales visant à comprendre les limites texturales observées en production série et offre des solutions innovantes afin d’accroître très sensiblement le potentiel texturant du procédé. S’articulant autour du triptyque Procédé/Texture/Fonctionnalité, ce travail se positionne également dans une démarche globale en s’intéressant à la fois à la texturation laser, la caractérisation des surfaces texturées et à l’influence des textures sur la fonctionnalité statique et dynamique des paliers. Les résultats montrent en particulier que le procédé de toilage est capable de produire, de manière robuste, une véritable diversité de textures. Ils montrent également que la recherche de « poli miroir » pourraient être à prioriser sur les portées de vilebrequins.

The recent introduction of tougher emissions standards has indirectly led the RENAULT group to tighten up and optimize specifications applied to surfaces in contact. Crankshafts journals are particularly concerned. Like product/process developments linked to the honing of cylinder liners, there have been recent plans to apply anti-friction texturing to crankshaft journals and crank pins. These bearing surfaces are currently super-finished by belt-grinding, an abrasion procedure that is both robust and economical. Unfortunately, belt-grinding produces a unique surface morphology, in the factory at least, i.e. integral circumferential striation. In this sense it appears very limited. The purpose of this study is to investigate in more detail the texturing capacities of belt-grinding. It provides a set of experimental analyses aiming to understand the textural limits observed in the factory and offer innovative solutions to significantly improve the texturing potential of the procedure. Focusing on the three-pronged Process/Texture/Functionality approach, this work is also part of a global process by looking both at laser texturing, characterization of the textured surfaces and the influence of textures on the static and dynamic function of the bearings. The results show in particular that the belt-grinding procedure is capable of robustly producing a real diversity of textures. They also show that striving to achieve a « mirror-polish » finish may be something to prioritize for crankshafts journals.