Sièges et guides de soupape

Jan 31, 2024

L'exécution de travaux de soupapes est l'un des domaines les plus cruciaux de l'entreprise de construction de moteurs. Selon notre plus récent Profil du marché de l'atelier d'usinage, les culasses de moteurs à essence représentent près de 16 % du temps de production d'un constructeur de moteurs – et il est facile de comprendre pourquoi. La conductivité thermique de la soupape est essentielle pour éliminer la chaleur à l'intérieur de la chambre de combustion, en particulier en ce qui concerne la soupape d'échappement. Les sièges de soupape transfèrent la chaleur de la soupape dans la culasse, et sans le bon matériau ou le bon ajustement, tout le processus tombe en panne, vous laissant vous et votre client dans le pétrin.

Vous pouvez empêcher les sièges de soupape de devenir cassants et de se fissurer en choisissant un matériau adapté à l'application. La plupart des moteurs de production de modèles récents sont conçus pour utiliser un siège en métal en poudre de l'usine, et ils sont disponibles sous forme d'inserts auprès de plusieurs fabricants pour une grande variété d'applications. Les sièges PM fonctionnent bien dans les moteurs de rue et à faible performance, mais ils ne sont pas bien adaptés aux hautes performances où les températures de combustion sont plus élevées.

De nombreux experts disent que vous devriez recouper les contre-alésages pour accepter de nouveaux sièges surdimensionnés. Mais certains constructeurs de moteurs préfèrent installer de nouveaux inserts de taille standard dans les contre-alésages existants. Cela fonctionne sur certaines grosses culasses diesel à parois épaisses, mais il est difficile d'essayer sur des culasses automobiles.

L'usinage des contre-alésages pour accepter des inserts surdimensionnés vous permet de contrôler l'ajustement serré, de sorte que les sièges ne se détachent pas. La recoupe du contre-alésage permet également un meilleur contrôle du faux-rond et de la concentricité avec le guide de soupape. Les contre-alésages doivent être lisses, ronds, plats sur le fond et ils doivent être centrés sur les guides pour un alignement correct et un bon transfert de chaleur entre le siège et la tête.

Lorsque les équipementiers ont commencé à durcir par induction la zone du siège de soupape lors de la transition vers l'essence sans plomb dans les années 1970, le processus était censé produire une profondeur de dureté d'environ 0,070˝. Cependant, il a été découvert que le réusinage des sièges pendant le processus de reconstruction de la tête enlevait la dureté et les sièges devaient être remplacés. Cela a conduit à la croissance du marché des sièges de soupapes qui se poursuit aujourd'hui avec des culasses reconstruites et l'utilisation généralisée de l'aluminium.

Un fabricant a déclaré qu'un pourcentage important de défaillances de siège de soupape est dû soit à une mauvaise combinaison de soupape et de siège, soit à une géométrie incorrecte du train de soupapes, soit à un manque de concentricité siège/guide. Les problèmes de pré-allumage sont une autre cause majeure d'échec.

Des problèmes surviennent lorsque les sièges deviennent trop chauds, ce qui entraîne une micro-soudure entre les soupapes et les sièges. Les soupapes sont plus dures que les sièges, de sorte que des particules microscopiques de métal peuvent coller aux soupapes. Lorsque le moteur refroidit, ces particules sont ensuite lavées dans les gaz d'échappement. Cela provoque un recul des sièges dans certaines applications, en particulier dans les moteurs à gaz secs tels que le propane.

Diverses méthodes peuvent être utilisées pour retirer les inserts de siège des têtes en aluminium, mais il faut faire très attention pour ne pas endommager le contre-alésage. L'utilisation d'un four de nettoyage peut permettre de desserrer suffisamment les sièges là où ils pourraient tomber. Dans d'autres cas, vous pouvez essayer d'utiliser une fraise légèrement plus petite que le diamètre extérieur de l'insert de siège de soupape existant pour couper l'ancien insert. Certains reconstructeurs disent utiliser une meuleuse pour fendre et affaiblir le siège (mais faites attention de ne pas couper à travers le siège et dans le contre-alésage). Soulever le siège peut également fonctionner s'il y a suffisamment de lèvre sous le bord intérieur du siège (encore une fois, n'endommagez pas le contre-alésage).

Du côté des hautes performances, les constructeurs doivent faire face à des températures de combustion croissantes et peuvent préférer utiliser un siège en alliage de première qualité. Si vous prévoyez d'utiliser du nitreux ou un additionneur de puissance, vous avez besoin d'un matériau de siège pour supporter les températures. Les applications utilisant des vannes en titane peuvent bénéficier de l'utilisation d'un matériau en alliage de cuivre pour le siège en raison d'une conductivité accrue. Notez que le titane ne conduit pas la chaleur aussi bien que l'acier, donc le cuivre facilitera le transfert de chaleur.

Dans les moteurs d'origine, les guides en métal en poudre sont utilisés dans de plus en plus d'applications. Certains moteurs diesel utilisent des revêtements tels que le phosphate ou d'autres traitements thermiques pour réduire l'usure dans les applications qui utilisent du carburant à faible teneur en soufre. Guides de soupapes en bronze principalement utilisés dans les moteurs de production des équipementiers européens et dans de nombreuses applications de course.

Des guides de soupape usés peuvent vous coûter de la puissance. Près de 40 % de la chaleur est évacuée par le guide de soupape. Au fur et à mesure que le jeu augmente, la conductivité de la tige au guide diminue - transférant tout au guide. Dans de nombreux cas, il est préférable d'utiliser des guides en bronze car ils évacuent plus efficacement la chaleur de la chemise d'eau, même si celle-ci traverse d'abord la fonte. La surface du guide est d'environ quatre fois celle de la tige de soupape, conduisant la chaleur dans quatre fois la surface de la fonte, réduira considérablement la température.

Au fur et à mesure que la technologie a évolué et que les tolérances d'usinage sont devenues de plus en plus petites, les outils utilisés par les constructeurs de moteurs pour effectuer les travaux de siège et de guidage de soupape sont passés à un autre niveau.

Parmi les trois types de machines de siège et de guidage disponibles, le type "perceuse à colonne" commence à disparaître progressivement dans plus de magasins. Ce style de machine à siège et guide utilise une colonne solide et une table flottante pour se déplacer d'un guide à l'autre. Ce sont des machines de siège et de guidage de base et ont certaines limites par rapport à certaines des plus avancées, cependant, certains petits magasins les utilisent encore. Les utilisations de ceux-ci peuvent être meilleures pour les petits travaux de moteur sur les tondeuses à gazon et les équipements de jardin. Les moteurs automobiles des modèles récents nécessitent des tolérances plus strictes que celles que ces machines peuvent supporter de manière fiable.

Si vous êtes à la recherche d'une nouvelle machine, vous devriez vous poser quelques questions de qualification avant de commencer vos achats. Tout d'abord, pourquoi en avez-vous besoin ? Vous mettez à niveau des équipements anciens ou usés ? Serez-vous capable de gérer plus de travaux et de développer votre activité avec une nouvelle machine ? Avec quelle taille de tête travaillez-vous principalement ? Avez-vous besoin de quelque chose qui peut effectuer plusieurs tâches ? Avez-vous besoin d'automatiser davantage de processus pour mieux utiliser vos ressources humaines ?

Réfléchir à ces questions devrait vous aider à décider quel type de machine répondra à vos besoins. Par exemple, si vous avez un petit atelier et que vous manquez d'espace, un centre d'usinage polyvalent peut libérer de l'espace en combinant le travail de la tête avec le surfaçage et l'alésage. Vous devez également déterminer le coût d'une nouvelle machine par rapport à ce qu'elle rapportera potentiellement. Pour la plupart, le prix est la dernière chose à considérer, mais nous savons que tout le monde a un budget à respecter.

Une bonne machine devrait faire tout ce que vous voulez et se rentabilisera à long terme plutôt que d'opter pour une option à faible coût que vous pouvez vous permettre en ce moment. Le prix d'un siège entièrement équipé et d'une machine de guidage peut atteindre 100 000 $ ou plus, selon le nombre de cloches et de sifflets que vous souhaitez. Les centres d'usinage polyvalents peuvent coûter jusqu'à 35 000 $ ou plus, selon l'outillage et les caractéristiques. Recherchez une machine qui vous fera gagner de l'argent et vous donnera un solide retour sur votre investissement. Vous devez toujours vous efforcer d'améliorer la qualité et la productivité, ce qui à son tour augmentera la rentabilité de votre entreprise.

De nombreuses améliorations ont été apportées à l'outillage et au montage au cours des dernières années. Bien que de nombreuses machines se ressemblent, les différences les plus significatives résident dans le type de système de pilotage utilisé (pilote "en direct" par rapport au pilote "fixe"), les systèmes de fixation, de serrage et de mise à niveau, les caractéristiques de fonctionnement de la tête de la machine, la taille de la table de travail, le stockage de l'outillage et les différences dans l'outillage lui-même. La plupart des machines à sièges et guides de soupapes sont équipées d'une tête à flotteur pneumatique pour permettre un repositionnement rapide. Une tête inclinable aligne la broche avec le guide dans la culasse. Les fraises en carbure préformées qui coupent les trois angles de valve en une seule étape éliminent le besoin de régler des lames séparées et maintiennent une meilleure cohérence de la largeur, de la taille et de l'emplacement des coupes.

Parmi les autres éléments à prendre en compte lors de l'examen des machines à siège et guide de soupape, citons : La précision de la tête de coupe, peut-elle s'incliner de +/- 15 degrés pour un travail de guide de soupape incliné ? Existe-t-il un testeur de vide intégré pour tester votre travail avant de le retirer de la machine ? La variation du moteur et du régime est-elle adéquate pour les besoins de votre atelier ?

Une chose qui ne figure pas sur la liste est le prix. Bien qu'il y ait beaucoup d'informations techniques à comprendre et à prendre en compte, le coût devrait être la dernière chose à prendre en compte lors du choix d'un nouvel équipement. Le prix élevé de l'équipement peut être dissuasif pour certains magasins, mais essayez d'abord de réfléchir à vos besoins en tant qu'entreprise. N'oubliez pas qu'aucune machine-outil n'en vaut la peine si elle ne peut pas s'autofinancer. L'exécution d'un travail de qualité est l'une des plus grandes mesures de votre succès et vous apportera finalement plus d'affaires. Que vous achetiez une machine de siège et de guidage neuve ou d'occasion, elle devrait vous aider à étendre vos capacités et à faire le travail que votre machine de siège et de guidage actuelle ne peut pas faire.

Associer votre sens de machiniste à une approche commerciale vous aidera à améliorer votre productivité et votre rentabilité.