Le frottement se produit entre deux pièces mobiles. Par exemple, le groupe motopropulseur, qui transmet la puissance nécessaire à l’entraînement d’un véhicule ou d’un train, intègre de nombreux éléments, notamment l’embrayage, la transmission et les arbres d’entraînement, autant de pièces à engagement par contact.
Le frottement a pour effet d’échauffer et d’user ces pièces mobiles. La génération de chaleur et l’usure dues au frottement sont à l’origine de la plupart des défaillances des systèmes mécaniques et les pertes économiques engendrées sont conséquentes. Afin de réduire ces pertes, des essais tribologiques sont réalisés pour évaluer ces pièces et les propriétés des matériaux les composant, à travers des essais de résistance au frottement, à l’usure et à l’abrasion.
Retrouvez, dans cette section, les différentes méthodes d’essai et de mesure des pièces mobiles ainsi que les derniers exemples d’utilisation du microscope numérique 4K de KEYENCE dans le domaine de la tribologie, science du frottement et de l’usure entre des surfaces interagissant en mouvement relatif.

Essais de résistance au frottement, à l’usure et à l’abrasion et observation, analyse et mesure sur échantillon

Essais de résistance au frottement, à l’usure et à l’abrasion

Une pièce d’essai est mise en interaction avec une surface d’interfaçage suivant un mouvement relatif, afin de mesurer le coefficient de frottement* et le volume d’usure.
Dans les industries faisant usage des pièces à engagement par contact, les essais de résistance au frottement, à l’usure et à l’abrasion sont monnaie courante pour évaluer les variations du matériau dans le cadre de contrôles qualité, d’analyses mandatées et de la recherche et du développement de nouveaux produits. Ces essais font partie intégrante des procédures d’assurance qualité de nombreux professionnels, notamment les fabricants de graisses et lubrifiants, les fournisseurs de roulements, poulies et autres pièces et les constructeurs de moteurs.

Coefficient de frottement : Valeur indiquant l’impact de la surface de contact sur la force de frottement. Elle ne possède aucune unité et est représentée par μ (mu). Divisée entre coefficient de frottement dynamique et coefficient de frottement statique, la valeur varie selon l’objet et le traitement de surface.

Méthodes d’essai de résistance au frottement, à l’usure et à l’abrasion

Un essai de résistance au frottement mesure les caractéristiques de frottement, tout comme l’essai de résistance à l’abrasion, et le résultat est généralement calculé à l’aide du coefficient de frottement. Un essai de résistance à l’usure mesure les variations d’état consécutives au frottement et le résultat est obtenu à partir des déformations, rayures et enfoncements observés sur les surfaces en interaction.
Il existe plusieurs manières de mesurer le coefficient de frottement : en mesurant la force de frottement à l’aide d’une jauge, en mesurant et convertissant la puissance de charge du moteur d’entraînement, en le calculant à partir du comportement d’amortissement des vibrations* lors du frottement et en calculant la force de frottement statique maximale* à partir de l’angle auquel un objet placé sur une surface inclinée commence à glisser. Ces essais permettent non seulement de contrôler le frottement et l’usure mais également l’efficacité et la détérioration des lubrifiants.

Amortissement des vibrations : Diminution des vibrations au fil du temps. Également appelé atténuation des vibrations.

Force de frottement statique maximale : Force de frottement générée lorsqu’un objet statique est déplacé. À l’inverse, la force de frottement qui se produit lors du mouvement est appelée force de frottement dynamique et la force de frottement qui se produit sur les billes et aiguilles des roulements est appelée force de frottement de roulement.

Essais tribologiques

La résistance de frottement constitue une charge et une perte conséquentes pour les pièces à engagement par contact, à l’instar des roulements. Cette résistance doit être réduite de manière globale en adoptant une approche multi-facette, réunissant la mécanique des matériaux (propriétés mécaniques des pièces), la mécanique des fluides des lubrifiants et la thermodynamique, qui mesure l’état de surface sous l’effet de la chaleur.
La tribologie est la science du contrôle et de l’évaluation de l’impact du frottement dans une vaste perspective. Les essais menés pour évaluer les propriétés pertinentes sont appelés essais tribologiques.

Importance des essais tribologiques

La chaleur et la perte de matière générées par le frottement, qui se produisent dans les systèmes mécaniques, engendrent une résistance mécanique, première cause des défauts et défaillances des machines. La réduction et la régulation du frottement et de l’usure ne constituent pas une simple approche préventive mais une véritable technique d’amélioration de la fiabilité et des performances des systèmes mécaniques et ainsi de réduction des pertes économiques.

Caractéristiques des essais tribologiques

Les essais de résistance au frottement et à l’usure sont réputés fournir des valeurs complètement différentes selon la forme de l’échantillon, la méthode appliquée et les conditions atmosphériques, et ce pour un même matériau. De ce fait, il est indispensable de comprendre les conditions réelles à l’origine de l’état de la cible et de réaliser les essais en conditions identiques. La performance d’un lubrifiant dépend en grande partie de ses propriétés physiques et des propriétés chimiques de l’interface. Les lubrifiants solides*, notamment, possèdent une capacité de charge bien supérieure à celle des huiles et graisses et sont ainsi également employés comme additifs à ces produits.
Les essais tribologiques sont menés dans des conditions proches des conditions d’utilisation, par reproduction de l'environnement réel dans lequel se produit le frottement observé. Les matériaux composant les pièces à engagement par contact ainsi que les lubrifiants et les caractéristiques liées à la forme de la pièce sont évalués.

Lubrifiant solide : Substance solide qui protège la surface du matériau contre le frottement et réduit l’usure. Exemples : disulfure de molybdène, graisse graphitée et PTFE (polytétrafluoroéthylène).

Derniers exemples d’observation en essai de résistance au frottement, à l’usure et à l'abrasion

Les pièces d’essai et les pièces d’interfaçage utilisées lors des essais de résistance au frottement et à l’usure sont généralement tridimensionnelles et possèdent des surfaces très réfléchissantes. Les mesures et analyses au microscope exigent généralement une grande dextérité pour trouver la mise au point parfaite et réduire les reflets sur la surface.
Fruits d’innovations technologiques majeures, les microscopes numériques optimisent et rationalisent les essais de résistance au frottement et à l’usure.

Observation efficace d’enfoncements profonds sur des roulements

Les enfoncements résultent de chocs occasionnés au roulement. Lorsque la surface du roulement observé n’est pas plane, l’observation sous grossissement au microscope requiert de fastidieux ajustements de la mise au pont.
Les objectifs haute résolution et le revolver motorisé du microscope numérique 4K Série VHX permettent de profiter d’un zoom continu, qui bascule automatiquement entre les objectifs selon le facteur de grossissement souhaité, de 20x à 6000x, sans avoir à manipuler les objectifs.

Observation à fort grossissement au microscope numérique 4K Série VHX
A : Observation au microscope numérique  B : Observation au microscope  C : Observation d’un enfoncement sur la face avant  D : Observation d’un enfoncement sur la face arrière (500x)
  1. A : Observation au microscope numérique
  2. B : Observation sans composition en profondeur
  3. C : Observation d’un enfoncement sur la face avant
  4. D : Observation d’un enfoncement sur la face arrière (500x)

La fonction de composition en profondeur en direct capture automatiquement plusieurs images en différentes positions de mise au point pour créer une image entièrement nette de la cible. Réalisez facilement une observation, un contrôle d’aspect et une évaluation sous grossissement efficaces et précis à partir d’images ultra-haute définition et entièrement nettes du point le plus proche au plus éloigné.
De plus, la Série VHX identifie automatiquement l’objectif connecté et peut gérer les données de grossissement en lien avec les images capturées.
Ce microscope numérique contribue à améliorer l’efficacité du contrôle grâce à une excellente gestion des données et à un système d’observation capable de zoomer en continu sur l’image d’une pièce entière tout en maintenant une haute définition.

Composition en profondeur en direct avec le microscope numérique 4K Série VHX
Observation de l’usure sur un roulement à aiguilles
Observation de l’usure sur un roulement à aiguilles

Observation et mesure de dommages sur des surfaces de frottement avec un seul microscope

Auparavant, l’observation et la mesure nécessitaient plusieurs instruments, allongeant la durée de l’essai.
Le microscope numérique 4K Série VHX permet non seulement une observation sous fort grossissement détaillée, mais également une mesure et une quantification précises. En quelques clics de souris, exécutez instantanément toute une série d’opérations sur le microscope, de l’observation après usure de l’écaillage*, de la corrosion par piqûre* et autres dommages aux surfaces en contact aux mesures 2D et de rugosité, indispensables au contrôle de la rugosité.

Écaillage : Texture rugueuse et rêche causée par le décollement de la surface du chemin de roulement et de la surface de l’élément roulant, qui se produit en raison de la fatigue de roulement du matériau.

Corrosion par piqûre : Trous semblables à de petites taches d’une profondeur approximative de 0,1 mm, qui se forment sur la surface du chemin de roulement.

Analyse de dommages sur la surface du chemin de roulement au microscope numérique 4K Série VHX
Observation de dommages sur le chemin de roulement (50x)
Observation de dommages sur le chemin de roulement (50x)
Mesure de dommages sur le chemin de roulement (50x)
Mesure de dommages sur le chemin de roulement (50x)

Observation de l’usure et du frottement sans reflet généré par les surfaces brillantes

Les pièces d’essai usées par le frottement présentent généralement une surface très réfléchissante, qui complique l’observation et la capture d’image.
Le microscope numérique 4K Série VHX intègre des fonctions d’élimination des reflets et de suppression du halo, qui contrecarrent la lumière réfléchie parasite. Une image parfaitement nette et sans aucun reflet est ainsi capturée, même sur les surfaces de contact au pouvoir réfléchissant accru par le frottement. Le nouveau microscope numérique 4K différencie les fines rayures brossées, les enfoncements par frottement et les adhérences, pour une analyse plus précise des conditions d’usure et de frottement.

Observation de la bague d’étanchéité à l’huile d’un arbre de commande au microscope numérique 4K Série VHX
Image normale
Image normale
Élimination des reflets et suppression du halo
Élimination des reflets et suppression du halo

Un seul microscope pour toutes vos opérations, de l’observation aux mesures 2D et 3D

Lors du contrôle d’aspect d’une pièce tridimensionnelle, il est nécessaire d’ajuster la mise au point sur chaque face, entraînant inévitablement l’omission de certains dommages et la variation des résultats entre les opérateurs. De plus, la mesure s’effectue toujours en 2D même sur les cibles tridimensionnelles.
Le microscope numérique 4K Série VHX permet non seulement d’observer la cible à fort grossissement et de réaliser des mesures 2D à partir d’images 4K détaillées, mais également de capturer la forme 3D et d’exécuter des mesures 3D et de profil selon des plans de coupe sprécifiés. La Série VHX met l’analyse et la mesure de forme 3D à la portée de tous, rationalisant ainsi les essais, et offre une évaluation quantifiée et avancée des surfaces de frottement.

Mesure de l’écaillage au microscope numérique 4K Série VHX
Bague d’étanchéité à l’huile d’un arbre de turbine (observation de surface sous fort grossissement, mesure de forme 3D, forme entière)
Bague d’étanchéité à l’huile d’un arbre de turbine (observation de surface sous fort grossissement, mesure de forme 3D, forme entière)

Notre dernier outil pour une meilleure réactivité aux demandes du marché

La demande croissante d’essais de résistance au frottement et à l’usure, couplée au besoin indéniable d’une analyse tribologique, exige la mise en œuvre de contrôles rapides et précis tant lors des phases de R&D que d'amélioration et de fabrication.
Le microscope numérique haute définition 4K Série VHX offre une efficacité sans précédent et garantit une observation, une analyse, une mesure et une évaluation haute précision avec un seul instrument. Équipée de nombreuses fonctions avancées, la Série VHX est un formidable outil pour toutes les industries exigeant rapidité et qualité.

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