Étude et mise en œuvre d'un moyen flexible pour le rodage de carter cylindre de moteur à combustion interne

Modeling and improvement of honing process for flexible finishing of cylinder block of internal combustion engine

• Auteur / Autrice : Benoit Goeldel
• Direction : Mohamed El Mansori, Didier Dumur
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique - procédés de fabrication
• Date : Soutenance le 07/06/2013
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MSMP - Laboratoire Mécanique, Surfaces, Matériaux & Procédés
• Jury : Président / Présidente : Pierre Montmitonnet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohamed El Mansori, Didier Dumur, Patrice Duhaut
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Hassan Zahouani, Bengt-Göran Rosen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation, Méthodes de

Machines-outils

Meulage

Mots clés libres

Rodage

Flexibilité

Abrasion

Simulation

Honing

Flexibility

Abrasive

Simulation

Résumé

Le procédé de rodage par pierres abrasives est actuellement utilisé pour produire en grande série des chemises de carter cylindre avec des propriétés fonctionnelles spécifiques. La qualité de forme, la rugosité et l'aspect des surfaces ainsi rodées déterminent grandement les performances mécaniques et écologiques des moteurs. Le processus de rodage, mécaniquement complexe, fait intervenir des machines complètement dédiées et optimisées pour les rodages classiques. Après une étude détaillée des machines de production actuelles, de leurs performances et de leurs limites, l'objectif de recherche de flexibilité du procédé pour l'industriel Renault s'est traduit par deux développements : une modélisation de l'abrasion avec une simulation du procédé pour mieux le comprendre et la conception d'un prototype de machine de rodage à hautes performances pour tester d'autres méthodes de rodage.La simulation est basée sur la double discrétisation de l'espace-et du temps et sur un modèle de coupe original. La discrétisation de l'espace permet de représenter à une échelle macroscopique le rodoir et la pièce à usiner et de tenir compte des contacts locaux entre eux. Les propriétés microscopiques et mésoscopiques de la surface rodée sont étudiées à cette échelle. La discrétisation temporelle autorise la prise en compte de la cinématique de la machine. Le modèle de coupe repose sur l'interaction des courbes de portance du rodoir et de la chemise. Son exploitation au niveau macroscopique permet de prédire l'enlèvement de matière, la force de contact locale ainsi que l'aspect de la surface rodée et leurs évolutions au cours du rodage. Cette simulation est validée par de nombreuses expériences.Ce document présente la conception, la réalisation et la mise au point d'un prototype de machine de rodage avec des actionneurs électriques à performances dynamiques élevées. Une commande numérique permet le pilotage synchronisé de la rotation et du battement et autorise l'interpolation de trajectoires. L'expansion radiale peut être pilotée en position ou en force. Nous avons proposé de nouvelles trajectoires originales dans l'objectif d'augmenter la productivité du procédé et dans le but de générer de nouvelles textures.

The honing process with abrasive stones is currently used to mass produce the liners cylinder block with specific functional properties. The quality of shape, the roughness and the textural appearance of honed surface determine the mechanical performance and ecological engines. The honing process is mechanically complex and involves machines completely dedicated and optimized for classical honing operations. After a detailed study of current production machines, their performance and their limitations, the research goal of flexible process for industrial Renault has led to two developments: a model of the abrasion with a process simulation to better understand and design of a prototype machine with high performance to test other methods of honing.The simulation is based on a space-time discretization and an original model of stock cutting. The space discretization is used to represent a macroscopic scale the honing tool and the workpiece and to take into account local contacts between them. Microscopic and mesoscopic properties of the honed surface are studied at this level. Time discretization allows taking into account the kinematics of the machine. The cutting model is based on the interaction of the bearing area ratio curves of the honing tool and the liner. Operation at the macroscopic level predicts the removal of material, the contact force and the local aspect of the honed surface and their changes during the operation. This simulation is validated by numerous experiments.This paper presents the design, the implementation and the development of a prototype machine with electric actuators for high dynamic performance. A digital controller allows the synchronized control of the rotation and stroke to allow trajectories interpolation. The radial expansion can be controlled in position or force. We proposed new original trajectories in the objective of increasing the productivity of the process and to generate new surface textures.