Qu’est ce que la tribologie
La tribologie c’est l’étude des frottements, donc la science et la technologie des surfaces solides en contact, elle regroupe un ensemble d’aspect de frottement, de lubrification, de l’usure, et de l’adhérence entre surfaces de deux pièces en mouvement l’une par rapport à l’autre. On observe dans tout les systèmes mécaniques le phénomène de frottement, cette composante tribologique est décisive dans le domaine d’application variés allant de la mécanique industrielle, aux systèmes vivants .
Quoique les phénomènes concernés soient familiers, peu de gens réalisent qu’ils intéressent de nombreux développements technologiques, des plus anciens aux plus modernes. Pour tailler l’indispensable biface dans un silex, nos ancêtres de la préhistoire s’étaient rendu compte que, avant de percuter la roche à l’aide du maillet, il fallait polir (on utilisant un caillou) la région à choquer, leur découverte peut s’expliquer: le polissage provoque des micro-fractures qui se développent ensuite sous l’effet du choc, c’est ce même principe qui trouve aussi son application dans l’usinage des céramiques.
Impacts de la tribologie sur la société
La tribologie entre en jeu de façon significative dans de nombreux domaines industriels: conservation de l’énergie, fiabilité des systèmes, productivité, développement et fabrication de nouveaux équipements, elle intervient aussi dans les systèmes vivants qui montre que la tribologie trouve ses applications dans deux grands domaines: celui des systèmes mécaniques et celui de la mise en œuvre des matériaux. Un compte rendu du Département de l’énergie américain estimait que le développement de la tribologie pouvait réduire la consommation énergétique de ce pays de onze pour cent, le rapport bénéficiaire qui correspond au rapport de l’économie réaliste sur le coût des recherches et du développement variait entre 1,5% et 12% dans ce domaine industriel. L’utilisation convenable de la tribologie minimise l’usure, celle-ci peut varier dans un rapport de un à cent mille, selon le choix des couples de matériaux. Si l’apparition des technologies modernes de fabrication et leur automatisation ont grandement modifié le visage de nos usines, c’est grâce au rôle de la tribologie. Cela est également vrai pour de nombreuses techniques de fabrication.
Frottements
Les frottements interviennent dans la grande majorité des phénomènes physiques de la vie courante. Nous considérons comme évidents les effets positifs. Rares sont les personnes qui sont conscientes de l’importance du frottement dans la vie quotidienne. C’est le cas pour les opérations comme marcher, démarrer, arrêter, faire tourner une voiture, faire de la musique avec un instrument de la famille du violon, fixer des pièces avec un clou ou une vis, tenir un objet dans la main. La relation entre frottement et adhésion est au centre des questions que soulève la tribologie depuis très longtemps, et les idées imaginées par d’illustres scientifiques restent d’actualité .
Le frottement, phénomène se produisant à la surface de deux corps en contact et en interaction ou en mouvement l’un par rapport à l’autre. Lorsque deux solides en contact sont en mouvement, des frottements s’opposent aux forces de déplacement. Ces derniers se produisent au niveau des irrégularités des surfaces en contact. Pour les atténuer, on peut appliquer un lubrifiant entre les deux surfaces. Dans tous les cas, il engendre une résistance au mouvement provoquant la création de contraintes mécaniques superficielles et la dissipation de chaleur. En général, il entraîne l’usure plus ou moins rapide des corps en contact, et par conséquent la modification de leurs surfaces .
Système mécanique et son comportement en service
Tous les systèmes mécaniques obéissent à des phases de démarrage et arrêt plus au moins fréquente. Afin d’augmenter la fiabilité des composants d’un système mécanique ainsi que sa durée de vie il faut connaitre le déroulement de ces phases, ce qui permettra d’améliorer la conception et la fabrication de ses composants, par exemple le cas des paliers : lors du démarrage ou l’arrêt du rotor on peut identifier trois phases distingues ou les lois régissant le contact dans le palier sont différentes.
Phase 1 : contact solide /solide entre arbre et le coussinet le rotor ne tourne pas, Phase 2 : le rotor commence à accélérer et a la de décélération il y a contact entre l’arbre et coussinet dans cette phase la lubrification est mixte à cause de l’existence du lubrifiant dans certaines zones localisées du contact dans le cas de démarrage, la génération hydrodynamique n’est pas encore suffisante pour faire décoller l’arbre et dans le cas de l’arrêt elle n’est plus suffisante pour continuer à assurer la portance, donc l’arbre entre en contact avec le coussinet.
Phase 3 : le rotor tourne à une vitesse suffisamment importante pour créer une portance hydrodynamique c’est la lubrification hydrodynamique, il n’est y a plus de contact partiel entre l’arbre et le coussinet.
Importance et caractérisation de la topographie de surface
La topographie agit sur la plus part des facteurs qui gouvernent le comportement au frottement et à l’usure notamment : Le mode de contact, Comportement du milieu inter facial (3éme corps).
Elle doit prendre en compte toutes les caractéristiques des irrégularités de surface dimensionnelles (hauteur des pics) géométriques (forme, acuité des aspérités ou cavité), mais aussi la répartition et l’orientation (préférentielle, aléatoire). La topographie des surfaces influe énormément sur les propriétés d’un système mécanique.
Une surface métallique typique est caractérisée par une topographie définissant un profil avec des bosses et des creux , le contact se fait à la pointe des bosses les plus élevés donc la surface réelle de contact est faible .
La caractérisation d’une surface d’un échantillon est obtenue par des mesures profil métriques d’une zone de cette surface.
La miro-rugosité : elle caractérise à l’échelle micrométrique les bosses et les creux résultant du procédé de mise en forme de la surface
L’ondulation de la surface (macro-rugosité) ayant une longueur d’onde des variations du profil plus grande que celle de la microrugosité
La rugosité est représentée par les défauts d’ordre 2 et 3, elle est l’un des paramètres qui caractérise la topographie, et joue un rôle important dans la lubrification d’un système mécanique.
Table des matières
Introduction
Chapitre I Etude Bibliographique
I.1 Introduction
I.2 qu’est ce que la tribologie
I.2.1 Impact de la tribologie sur la société
I.2.2 Aspect scientifique de la tribologie
I.2.3 Paramètres d’un contact frottant
I.2.4. Système tribologique
I.3 Frottements
I.3.1 Définition
I.3.2 Différents types de frottements
I.3.3 système mécanique et son comportement en service
I.4 Topographie de surface
I.4.1 Définition
I.4.2 Importance et caractérisation de la topographie de surface
I.5 Importance de l’état de surface
I.5.1 Définition
I.5.3 Rôle et fonction d’une surface
I.5.2 Différents types de surface
I.5.4 Les défauts de surface
I.5.4.1. Ordre 1: écart de forme ou de position (ligne moyenne)
I.5.4.2 Ordre 2: Ondulations périodiques
I.5.4.3 Ordre 3: stries ou sillons
I.5.4.4 Ordre 4: Arrachement de matière
I.5.5 Différents types de lignes
I.5.5.1 Longueur de base, d’évaluation
I.5.5.2 Lignes de référence
I.6. La rugosité
I.6.1. Définition
I.6.2. Principaux paramètres de rugosité
I.6.2.1 Paramètres liés aux motifs et à la ligne enveloppe
I.6.2.2 Paramètres liés à la ligne moyenne
I.6.2.3 Paramètres liés à la distribution d’amplitude
I.6.3 Mesure de la rugosité
I.6.4 Introduction des paramètres de rugosité dans l’étude de la lubrification
I .7 Procédé d’usinage et qualité de surface
I.7.1 Introduction
I.7.2 Procédés par coupe
I.7.2.1 Tournage
I.7.2.2 Matériaux utilisés pour les outils
I.7.2.3 Type de tournage et outils correspondants
I.7.3 Procédés par abrasion
I.7.3.1 Rectification
I.7.3.2 Les différents types de rectification
I.7.3. 3 Matériaux
I.7.3.4 Différents types de meules
I.7.3.4 Abrasifs
I.7.3.4 Avantages de la rectification
I.7.4 Procédés par déformation plastique
I.7.5 Traitement Mécanique de Surface
I.7.5.1 Galetage
– Différents types de galetage
-.Influence du galetage sur la rugosité
– Avantages du galetage
I.7.5.2 Brunissage
– Principe de brunissage
– Avantages du brunissage
– Inconvénients du brunissage
I.8 Conclusion
Chapitre II Matériels et techniques expérimentales
II.1 Introduction
II.2 Les essais préliminaires
II.2.1 Matériaux
II.2.1.1 Composition chimique et microstructure
II.2.1.2 Caractéristiques mécaniques
II.2.2 Machine outil
II.2.3 Outil
II.2.4 Régime de coupe
II.2.5 Méthodologie d’essai
II.2.5.1 Méthodes des plans d’expérience
II.2.5.2 Préparation de la pièce
II-2-6 Rigidité du système
II.2.7 Mesure de rugosité
II.2.8 Traitement par plans de Box Behnken et simulation
II.2.9 Interprétation des résultants
II.3 Préparation de l’éprouvette d’essai
II.3.1 Traitement par rectification
II.3.2 brunissage à la bille en diamant
II.3.3 Procédure de mesure des rugosités
II.3.3.1 Méthodologie de mesure
II.3.3.2 Appareil de mesure
II.3.3.3 Profils obtenus par les différents procédés de traitement
• Procédé de tournage
• Procédé de rectification
• Procédé de brunissage
II.3.3.4 aspect macroscopique des surfaces usinées
II.4 Conclusion
Chapitre III Traitement informatique des données
III.1 Introduction
III .2 Programme réalisant les surfaces en 3D
III.2.1 Présentation des données
III.2.2 Organigramme
III.2.3 Algorithme
III.2.4 Représentations graphiques des surfaces en 3D
III.2.4.1 Surface traitée par tournage
III.2.4.2 Surface traitée par rectification
III.2.4.3 Surface traitée par brunissage
III.2.4.4 Surfaces superposés
III.2.4.5Résultats et interprétation
III .3 Programme d’analyse et d’estimation des paramètres de contact entre surfaces
III.3.1 Sous programme 1- contact entre surfaces
III.3.1.1 Organigramme
III.3.1.2 Algorithme
III.3.1.3 Simulation du contact
III.3.1.4 Résultats et interprétation
III.3.2 Sous programme 2–rugosités dans un contact lubrifié
III.3.2.1 Introduction
III.3.2.2 Procédure de calcul
III.3.2.2 Organigramme
III.3.2.3 Algorithme
III.3.2.3 Résultats et interprétation
III.4 Conclusion
Conclusion générale et perspectives
Références bibliographiques
Annexes1 : Procédés de fabrication et rugosité de surfaces réalisées
Annexes2: Représentation de la 95ieme pourcentiles pour la distribution F
Annexes3: Caractéristiques des rugosimetres sj-201et SJ-301
Annexes4: présentation des programmes réalisés
