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1 - ÉLÉMENTS SUR LES ESSAIS TRIBOLOGIQUES

2 - EXEMPLES DE TRIBOMÈTRES

3 - PROBLÈMES SPÉCIFIQUES DES MESURES TRIBOLOGIQUES

4 - ANNEXE : ESSAIS NORMALISÉS SOUVENT UTILISÉS

Article de référence | Réf : TRI2010 v1

Éléments sur les essais tribologiques
Tribomètres et essais tribologiques

Auteur(s) : Yan-Ming CHEN, Caroline RICHARD

Relu et validé le 26 juin 2019

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RÉSUMÉ

Dans un procédé de fabrication mécanique, l’augmentation de cadence, conséquence de l’actuelle course à la productivité, entraîne souvent une accélération de l'usure des outils, responsable des pannes dues au grippage d'un palier ou d'une rotule. Pour ces raisons, les ingénieurs ont le souci constant d’optimiser la fiabilité des pièces en frottement et en durée de vie. Des essais sur banc préalablement à leur mise en production sont nécessaires sur les nouveaux matériaux, afin de les valider. Le choix d'une méthode d'essais tribologiques représentatifs du système réel est une étape incontournable dans la réussite de l'ensemble du projet. Les différentes techniques de mesure sont présentées en fonction du type de contact, ainsi que les tribomètres qui y sont associés.

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ABSTRACT

Tribometers and tribollogical tests

In a process of mechanical fabrication, the increase in production, a consequence of the current race for productivity, often leads to an increase in tools wear which is responsible for failures due to the seizure of a bearing or a knuckle. For these reasons, engineers constantly endeavor to optimize the reliability of parts in friction and during their life-cycle. Bench tests on new materials prior to their production are necessary in order to validate them. The choice of a tribologic test method representative of the real system is an essential stage for the success of the project. This article presents the various measurement techniques according to the type of contact as well as the related tribometers.

Auteur(s)

  • Yan-Ming CHEN : Ingénieur au laboratoire de tribologie du Cetim

  • Caroline RICHARD : Professeur des universités, Université de Tours François Rabelais – Polytech'Tours.

INTRODUCTION

Le Cetim, comme de nombreux laboratoires, est pleinement impliqué dans l'augmentation de la compétitivité dans l'industrie mondialisée. Dans le contexte économique actuel, cette compétitivité dépend fortement de la productivité et de la qualité des produits, ce qui se traduit pour les entreprises par des améliorations de la qualité de produits en un temps plus court. Dans un procédé de fabrication mécanique, depuis la mise forme des métaux jusqu'à l'assemblage final du produit par exemple, cette augmentation de cadence entraîne souvent une accélération de l'usure d'outils ayant pour conséquences des pannes dues au grippage d'un palier ou d'une rotule qui seront d'autant plus lourdes que la cadence de production est plus élevée.

Afin d'augmenter la fiabilité des pièces en frottement et la durée de vie des outils, les ingénieurs proposent souvent des solutions au niveau de l'optimisation de la conception, du choix de matériaux et de traitements de surfaces et de la lubrification. L'enjeu sécuritaire et économique des machines exige souvent une validation préalable par des essais sur banc avant d'intégrer la nouvelle solution dans le système, notamment dans le domaine de transport et de production d'énergie. Le choix d'une méthode d'essais tribologiques représentatifs du système réel devient donc une étape incontournable dans la réussite de l'ensemble du projet.

L'objectif de cet article est de donner aux ingénieurs et aux techniciens une vision à la fois globale et structurée des essais tribologiques existants à partir des classifications des essais selon les besoins des différents acteurs de l'industrie. La présentation de démarches de choix et des techniques de mesures est détaillée à travers des exemples « type » de tribomètres. Un tableau de synthèse des essais tribologiques courants rassemble une grande majorité des essais selon le type de contact.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-tri2010


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1. Éléments sur les essais tribologiques

1.1 Importance économique et particularités technologiques

La tribologie est définie comme les sciences et technologies qui étudient les interactions entre deux surfaces en contact. Elle comprend trois domaines : le frottement, l'usure et la lubrification.

Même si l'introduction du mot « tribologie » par Peter Joste dans son rapport publié pendant la crise pétrolière des années 1970 ne correspond pas à la naissance de cette science qui a débuté avec l'histoire de l'humanité, le développement de la tribologie est toujours fortement lié à la situation économique, notamment depuis la révolution industrielle. Les résultats d'une étude publiée par le Cetim en 1994 confirment encore une fois que l'économie potentiellement réalisable est de l'ordre de 26 milliards d'euros par an en France, soit 1 % du PIB, si toutes les connaissances acquises en tribologie étaient appliquées à l'industrie [1].

Si la tribologie joue un rôle non négligeable dans le développement économique, la tribométrie ou les essais tribologiques constituent une base essentielle de cette science, car les connaissances physiques sur de nombreux phénomènes de contact restent encore à approfondir, notamment aux niveaux de l'adhésion, du fretting ou de la cavitation. La plupart de lois en tribologie (Coulomb, Achard) proviennent encore de l'expérience dans des domaines spécifiques.

La tribométrie est définie comme l'ensemble de technologies qui permettent de mesurer le comportement tribologique d'un système en frottement. Par rapport aux mesures de la résistance mécanique de matériaux qui dépend de la cohésion de ses composants, la mesure du comportement tribologique est nettement plus complexe à cause de la nature de ce comportement qui n'est pas une propriété intrinsèque, mais une réponse d'un système.

Dans l'industrie mécanique, les essais tribologiques sont indispensables dans de nombreuses étapes de la production : depuis la mise en forme des métaux (laminage, emboutissage forgeage, usinage...), jusqu'au fonctionnement des composants mécaniques (freins de véhicules, commandes de vols des avions, distributeurs de billets de banque...) pour maîtriser le frottement, garantir la durée de vie en optimisant le choix de matériaux et de traitements de surfaces, l'état de surface et la lubrification.

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BELOT (J.-M.) et, RIGAUT (B.) -   Importance Économique de l'usure.  -  Cetim Information no 141 (1994).

  • (2) - CZICHOS (H.) -   Tribology.  -  Elsevier (1978).

  • (3) - DOWSON (D.) -   Histrory of Tribology.  -  Professional Engineering Publishing (1998).

  • (4) - NEAL (M.J.), GEE (M.) -   Guide to Wear Problems and Testing for Industry.  -  William Andrew Publishing (2000).

  • (5) - CHEN (Y.-M.), RIGAUT (B.), PAVY (J.-Cl.), ARMANET (F.) -   Wear particles forming by phase transformation in PSZ ceramics during high speed sliding.  -  Leeds-Lyon symposium. Elsvier (2002).

  • (6) - CHEN (Y.-M.), RIGAUT (B.), PAVY (J.-Cl.) -   Usure des céramiques à grandes vitesses.  -  Cetim Information. no 126 (1992).

  • ...

1 Sites Internet

Cetim http://www.cetim.fr

Nanonics Imaging Ltd http://www.nanonics.co.il

NanoSurf AG http://www.nanosurf.com

NT-MDT http://www.ntmdt.ru

Omicron GmbH http://www.omicron.de

Pacific Scanning Corp. http://www.pacificscanning.com

Quesant Instrument Corp http://www.quesant.com

RHK Technology Inc. http://www.rhk-tech.com

Surface Imaging Systems http://www.sis-gmbh.com

TM Microscopes (Veeco Group) http://www.tmmicro.com

Triple-O http://www.triple-o.de

Veeco Metrology http://www.veeco.com

The University Sheffield http://www.shef.ac.uk/~mpe/tribology/research/research.html

ASTM : http://www.ASTM.org

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