Datasets:
Kant1
/
French_Wikibooks_articles

Dataset card Data Studio Files
xet
Community
1
text
stringlengths
0
211k
Matières plastiques (composants pour la mise en forme).
Éjection des pièces moulées.
L'éjection des pièces moulées est toujours une opération délicate, les pièces encore chaudes n'ont pas atteint leurs performances mécaniques optimales et il faut les faire sortir avec précaution hors du moule grâce à de petits poussoirs appelés éjecteurs.
Ces éjecteurs fonctionnent dans des conditions souvent délicates : les matériaux moulés contiennent souvent des charges abrasives, certains de leurs composants peuvent être corrosifs, par ailleurs ils doivent pouvoir coulisser à chaud dans le corps du moule sans lubrification, du moins au sens courant du terme. Des températures de l'ordre de 200 °C leur sont souvent fatales.
La Société Rabourdin fabrique diverses sortes d'éjecteurs. Les plus élaborés sont constitués d'acier inoxydable à 17 % de chrome traité par carbonitruration, puis ils subissent une finition par rodage. D'autres sont conçus pour présenter les plus bas coefficients de frottement possible en l'absence de lubrification permanente. Les éjecteurs RINOX supportent des températures de fonctionnement allant jusqu’à 500 °C, leur surface est entièrement rectifiée.
Moules de soufflage des bouteilles.
Le frottement qui règne entre les éléments des moules de soufflage nécessitent habituellement diverses opérations de maintenance et de graissage. Il est possible de supprimer le graissage grâce à l'utilisation de matériaux adaptés. La société Sidel (http://www.sidel.com/fr) propose un nouveau matériau, baptisé Kohlox™, pour résoudre ce problème. Il s'agit d'un thermo composite capable de fonctionner sans aucune lubrification et de remplacer des pièces telles que les rondelles d'usure des moules et les pions femelles. L'absence de graissage améliore la propreté des moules et par ailleurs, comme ce matériau est beaucoup moins dense que l'acier, les moules sont allégés et les souffleuses peuvent fonctionner à des cadences plus élevées.
Micro-mécanique.
C'est un domaine spécial en tribologie par les très faibles énergies disponibles et la nécessité d'un fonctionnement sous très faible charge, sans entretien, pendant plusieurs années. Les matériaux ont souvent un très haut module d'élasticité, comme le rubis, ou un très bas comme les plastiques. Les pressions de Hertz très élevées provoquent un fort accommodement en début de fonctionnement, les atmosphères sont souvent difficiles.
Les effets physico-chimiques prennent le pas sur les effets mécaniques. Les problèmes essentiels sont le maintien en place et la stabilité de très faibles quantités de lubrifiants dont la très grande propreté des pièces favorise l'étalement. Les coefficients de frottement en lubrification sèche ne sont pas assez bas, on est presque toujours en conditions limites et la viscosité joue un rôle négligeable. Pour des questions de tension superficielle, la tenue des huiles est heureusement rendue possible par la présence d'impuretés et celle, dans les lubrifiants, d'acides gras polaires.
On peut utiliser avec succès les silicones : méthylalkoylspolysiloxanes et diméthylpolysiloxanes. La présence d'oxydes métalliques est un facteur favorable à la formation de couches adhérentes.
Moteurs électriques.
Balais et collecteurs.
Les balais en graphite artificiel frottent sur le cuivre des collecteurs sous faible pression, 0,2 bar, avec une densité de courant de quelques dizaines d'ampères par cm2. Le frottement est plus faible pendant le passage du courant. Il faut éviter une trop faible densité de courant qui conduit au glaçage des surfaces avec une très grande résistance électrique et de risques mécaniques : l'usure faible au début, avec production de bruit et de vibrations, devient vite catastrophique. Pour les moteurs destinés à tourner souvent à vide, on doit utiliser des balais légèrement abrasifs pour maintenir une certaine rugosité.
L'aluminium cuivré est insuffisant pour les applications industrielles. Les collecteurs en aluminium traité Zinal ont donné des résultats assez dispersés, le coefficient de frottement tend vers 0,2, celui du frottement graphite sur graphite. Avec un collecteur en AU4G le coefficient de frottement diminue avec l'intensité, ce qui semble dû à l'échauffement. L'usure des balais dépend directement de la rugosité de la bague collectrice. Inversement, l'usure de la bague est indépendante de sa rugosité, ceci sans courant.
L'utilisation de collecteurs en aluminium est possible à condition d'utiliser un revêtement de surface composé de 60 % de cuivre et 40 % d'indium. Cette solution est meilleure que celle du cuivre massif pour l'usure et la résistance à l'étincelage, à peine un peu moins bonne sur le plan de la conduction électrique.
Roulements.
Les roulements pour moteurs électriques constituent une part importante du marché et leurs défaillances sont très coûteuses. Steve Wilkinson, de la société "NSK Bearings Europe", avance le chiffre de 150.000.000 $ pour les États-Unis et probablement autant pour l'Europe. Outre le remplacement des roulements eux-mêmes, les principaux dégâts concernent le stator et le rotor des moteurs, ainsi que les équipements voisins.
Compte tenu de l'amélioration de la qualité des roulements, les défaillances par fatigue sont aujourd'hui moins nombreuses que celles que l'on peut attribuer aux problèmes de lubrification, d'échauffements anormaux, de contamination par des solvants, de l'eau, de la poussière ou encore à la corrosion. Le choix de roulements étanches graissés à vie permet de résoudre la plupart des problèmes rencontrés dans les applications courantes mais lorsque les conditions sont difficiles cette solution ne convient pas, il faut alors prendre les mesures appropriées :
Moteurs thermiques.
Généralités.
L'une des causes importantes de dégradation est le phénomène de cliquetis dû à l'auto-inflammation brutale dans les cylindres de la partie des gaz comprimés en avant du front de flamme. Il dépend de la construction du moteur, de la position de la bougie, du taux de compression, de la nature du carburant et de la richesse du mélange, du régime moteur, des températures, etc.
Les ondes de pression ainsi créées peuvent détruire la couche limite de lubrifiant qui recouvre les parois dont la température augmente par suite de l'intensification des échanges thermiques. De plus, à force de marteler les grains métalliques superficiels, ceux-ci se déchaussent et des cratères d'érosion apparaissent généralement dans la zone qui se trouve à l'opposé de la bougie. Le joint de culasse, le segment de feu, l'isolant des électrodes centrales de bougies peuvent également être endommagés.
Le frottement a un effet considérable sur le rendement : un très bon moteur de poids lourd y perd 20 % de sa propre puissance. La longévité est très diminuée par les dépôts dus aux lubrifiants et essentiellement par le gommage du segment de feu, et limitée par l'usure progressive des éléments et des surfaces frottantes vitales.
Plusieurs processus conduisent à la formation de dépôts sur les pistons : oxydation, nitration de l'huile de base et des additifs, neutralisation des additifs basiques, volatilisation, dégradation thermique, circulation des suies et des débris d'usure.
Les dépôts sont constitués d'une partie organique (dégradation oxydative et thermique des bases de l'huile) et d'une partie inorganique (dégradation oxydative et thermique des additifs de l'huile).
Des études récentes ont montré que ces dépôts se forment déjà au bout de cinq heures d'utilisation du moteur. Leur dureté n’évolue pas durant le fonctionnement du moteur, elle est acquise dès leur formation, ils n'ont aucune évolution chimique ou morphologique en fonction du temps ou de la nature du lubrifiant utilisé. Les dépôts et suies sont plus durs que les pièces du moteur, ce qui explique leur caractère abrasif.
Les vilebrequins en acier sont souvent remplacés par de la fonte traitée superficiellement.
Problèmes particuliers des moteurs deux temps à essence.
Pour les petits moteurs, la méthode traditionnelle de lubrification fait appel à un mélange d'huile et d'essence dont la teneur en huile peut varier de 1,5 à 5 %. Cette alimentation continue en huile fraîche rend inutile toute vidange périodique et aucun dispositif particulier n'est à prévoir pour la circulation du lubrifiant.
Cette méthode de lubrification est à la fois très simple et sûre car toute l'huile introduite dans le moteur via le carburant aboutit dans le carter du moteur, en revanche le remplissage du réservoir est plus fastidieux qu'avec les moteurs 4 temps et la remise en route après un temps d'arrêt prolongé est délicate car l'huile a tendance à se séparer de l'essence. Par ailleurs, le mélange ayant une teneur en huile constante, l'adaptation aux conditions de fonctionnement variables n'est pas toujours idéale.
Pour les moteurs de puissance moyenne, on trouve souvent une alimentation en huile à l'aide d'une pompe séparée qui permet au moins théoriquement un meilleur dosage et une meilleure adaptation aux conditions de fonctionnement.
Oléoducs.
L'industrie pétrolière consomme des quantités d'énergie considérables pour extraire le pétrole brut mais aussi pour le transporter, en particulier dans les oléoducs où la viscosité élevée du produit crée des frottements fluides très importants.
Des additifs réducteurs de frottement (DRAs, pour Drag Reducing Agents) permettent de diminuer les pertes d'énergie et donc contribuent à la réduction du coût de transport du pétrole. Ce sont des polymères synthétiques de poids moléculaire élevé.
On ne sait pas bien comment ces produits agissent et il est difficile d'estimer la quantité idéale qui doit être utilisée. Un institut de recherche espagnol étudie actuellement deux modèles complémentaires ; le premier permet de simuler le comportement des DRAs et leur dégradation au fil du temps, le second d'optimiser les quantités à utiliser et le nombre de points d'injection à prévoir.
Outillages d'extrusion.
En Europe, les outillages d'extrusion ont été les premiers à bénéficier de la technologie PVD. Deux micromètres de nitrure de titane ont permis, par exemple, de tripler la durée de certains outillages. On note aussi la possibilité de réaliser des outillages de types inconnus auparavant.
Utilisations possibles sur engrenages, roulements à billes, ... La société allemande OMT a mis au point depuis 1990 une technique de revêtements PVD + galvanoplastie multi-couche dédiée aux outillages d'extrusion. Les objectifs sont de 3 niveaux :
Cette technique offre une épaisseur comprise entre 15 et 20 microns en fonction du substrat de base. L'empilement de molécules forme des couches à base de NiCr/CrN/Cr2NO/CrCN.
Outils de poinçonnage et de relevage de collerettes.
Modes d'usure.
Le principal mode de dégradation des outils est l'écaillage. L'amélioration de leur tenue s'obtient en évitant soigneusement les défauts de surface, en traitant correctement l'acier de base, en « mouchant » les outils. Les hauteurs de bavure minimales sont obtenues avec des outils dont l'arête de coupe présente un arrondi de l'ordre du dixième de l'épaisseur des tôles poinçonnées.
L'usure des parties actives des outils dégrade progressivement la qualité des pièces découpées : variation des cotes, apparition de défauts de forme, modification de l'aspect du bord découpé, augmentation du volume écroui limitant les possibilités de formage ultérieur du bord découpé, variation de la hauteur des bavures.
Toutefois, un faible niveau d'usure des arêtes de coupe ne correspond pas nécessairement à la qualité optimale des pièces découpées. Avec des outils revêtus, par exemple, cette qualité est meilleure jusqu'à 35 000 coups de presse, après la tendance s'inverse.
Mesure de l'usure des poinçons.
Le plus souvent, on l'évalue par l'examen du profil de l'outil ou indirectement par la mesure des cotes de la pièce découpée. Cette dernière méthode a pour inconvénient de nécessiter le démontage du poinçon et l'on n'est jamais sûr, lors du remontage, de ne pas l'ébrécher et de retrouver exactement sa position initiale.
Des chercheurs de l'École Nationale Supérieure de Mécanique et des Micro-techniques de Besançon (ENSMM), dans le cadre d'un contrat mettant en jeu les organismes officiels de la Région Franche-Comté et diverses entreprises comme Augé Découpage, Crylas SAS, Alstom Transports et ITT Industries, ont proposé une méthode permettant de mesurer l'usure des poinçons in situ. Par action d'un rayonnement approprié, le tungstène entrant dans la composition du poinçon est transmuté en rhénium radioactif sur une profondeur d'environ 5O µm. Le rhénium émet des rayons γ dont l'intensité dépend de la perte de matière par usure et aussi du temps, puisque la radioactivité décroît naturellement selon une loi exponentielle.
Pour en savoir plus sur ce procédé, on peut prendre contact avec Guy Monteil, Laboratoire de micro-analyse des surfaces ENSMM, Tél. 03 81 40 28 67, [email protected] ou Fabien Gréban, Société Augé Découpage, Tél. 03 81 40 22 00, [email protected]
Réalisations pratiques.
Dans des conditions industrielles définies, des outils de poinçonnage revêtus de nitrure de titane ou carbonitrure de titane (par PVD) ou de carbure de titane (par CVD) peuvent produire jusqu'à 35000 pièces dont la qualité est supérieure à celle produite par des outils conventionnels non revêtus.
Perçage thermique ou fluo-perçage.
Un outil rotatif spécial permet de fondre localement le métal d'une paroi, sous l'effet combiné de la vitesse de rotation et de la pression. Le métal ramolli forme des bourrelets, en général devant et derrière la paroi, constituant ainsi une sorte de tube rapporté. Ce « tube » peut ensuite être travaillé, on peut par exemple le tarauder.
Produits chimiques et frottement.
L'action du frottement sur certains produits chimiques n'est pas toujours anodine.
L'acide picrique entre dans ce cadre. Ce produit est un réactif qui a été couramment utilisé dans les laboratoires voici quelques années, mais dont on se sert beaucoup moins aujourd'hui à cause du développement de nouvelles techniques plus efficaces. Cet acide, sous sa forme solide, est en fait un explosif connu sous le nom de mélinite et qui se révèle très instable sous l'effet de la chaleur ou du frottement. Le simple fait d'ouvrir un flacon peut suffire à provoquer une explosion, surtout si le produit n'a pas été utilisé depuis longtemps et si, avec le temps, la poudre s'est plus ou moins agglomérée sous le bouchon. Il est alors plus que fortement conseillé de faire appel à un service spécialisé dans la neutralisation des explosifs pour procéder à son élimination, qui consiste presque toujours à provoquer l'explosion du flacon dans des conditions de sécurité appropriées. En cas de doute, il ne faut ni déplacer, ni toucher, ni surtout ouvrir les flacons.
Revêtements routiers.
Problèmes d'usure.
Pour une large part, l'usure des revêtements routiers est comparable à l'écaillage des pistes des roulements à billes ou à rouleaux. Le passage répété d'éléments roulants endommage progressivement les sous-couches et provoque, à terme, le décollement de la couche superficielle ou « couche de roulement ».
On montre que l'usure des revêtements est proportionnelle à la quatrième puissance de la charge à l'essieu. Ainsi, compte tenu de la répartition des charges entre les roues avant et arrière, un camion de 13 tonnes à deux essieux use autant les routes que 100 000 automobiles. Lorsque l'on calcule un revêtement d'autoroute, on tient compte à peu près uniquement du passage des poids lourds, celui des automobiles n'intervenant que pour un faible pourcentage, presque toujours largement inférieur à 5 %.
Au Canada, la nouvelle répartition du produit des taxes sur les carburants tient compte de cet état de fait, en considérant que le carburant diesel est utilisé par les véhicules lourds responsables de la majeure partie de l'usure des routes.
Le remplacement aujourd'hui généralisé des essieux « tandem » à roues jumelées par des essieux « tridem » à trois roues simples comporte des avantages pour les transporteurs mais constitue un facteur aggravant pour l'usure des routes. Le risque d'orniérage est en effet aggravé, particulièrement sur les voies lentes. L'accroissement du trafic poids lourd a conduit à mettre au point des bitumes spéciaux à haut module d'élasticité comme les produits "Biturigid" fabriqués par la société Mobil.
Problèmes de bruit.
Le bruit de roulement des pneumatiques sur les chaussées est une importante source de nuisances pour les riverains. La société Colas a étudié ce problème avec des acousticiens et mis au point un nouveau revêtement baptisé « Nanosoft ».
Ce revêtement est déposé en surface lors de la création de chaussées nouvelles ou de l'entretien de chaussées existantes. Dans ce second cas, la chaussée est préalablement fraisée, reprofilée si besoin est et les ouvrages annexes (écoulement des eaux, etc.) sont remis aux cotes. Selon Colas, les bruits de roulement sont divisés par 8 (diminution de 9 db). Ce résultat est dû en grande partie à la faible taille des granulats, environ 0,4 mm.
Revêtements de sols.
Beaucoup de revêtements de sols posent des problèmes de sécurité en raison de leur caractère plus ou moins glissant, en particulier lorsqu'ils sont mouillés. Cela concerne aussi bien les lieux de travail ou les locaux des services publics que les logements.
Bois.
Il est à la mode pour des cheminements extérieurs mais il devient souvent particulièrement glissant par temps de pluie. Cet effet est dû en grande partie à un processus décrit dans le paragraphe consacré au guidage par couches minces « spongieuses ». On y remédie avec plus ou moins de succès par diverses méthodes, la plus courante étant la réalisation de rainures profondes permettant l'évacuation du « lubrifiant ». Des pavés de bois dur disposé « de bout » et non jointifs donnent de meilleurs résultats que des planches horizontales.
Dans les ateliers, l'usage de pavés de bois « de bout », dont les fibres sont disposées verticalement, présente un certain nombre d'avantages. L'un d'entre eux, et non des moindres, est que si un compagnon laisse échapper une pièce métallique, celle-ci a beaucoup moins de chance de sortir endommagée de sa chute que si elle était tombée sur un sol en béton.
PVC.
On le trouve très communément sous forme de rouleaux ou de dalles à coller. Il n'est pas très facile de concilier le caractère antidérapant avec d'autres propriétés telles que la facilité de nettoyage et la résistance à l'usure. La « glissance » peut être diminuée en créant des reliefs ou en incorporant des particules dures au matériau de base mais cela a pour premier effet de faciliter l'encrassement et de compliquer l'entretien.
Certains revêtements récemment apparus associent des particules dures et une matrice plus molle. Sous l'effet de la pression du pied, tout se passe comme si les particules dures remontaient à la surface pour y créer des reliefs qui disparaissent lorsque le contact cesse. On concile alors la sécurité d'un sol rugueux avec la facilité de nettoyage d'un sol lisse. Ces surfaces doivent être bien rincées après lavage pour éviter la présence de détergents et il ne faut pas les cirer.
Les couches d'usure des revêtements destinés à des usages intensifs (halls de gares, d'aéroports ou d'autres bâtiments publics, magasins, hôtels), comportent des inclusions de particules très dures à base d'alumine ou de carbure de tungstène.
Roulements à billes, à rouleaux et à aiguilles.
Les formes de dégradation sont diversifiées et complexes,
Pour ce qui concerne la lubrification des roulements,
Sciences de la vie.
La tribologie a des applications particulières dans le domaine du monde vivant, la médecine, la vie quotidienne, etc.
Soudage par friction.
On utilise la chaleur produite sous l'effet du frottement dans l'interface de deux éléments à assembler pour ramollir ou pour fondre localement les matériaux en présence. L'énergie peut être apportée par un frottement à l'échelle macroscopique (machines à souder) ou à l'échelle microscopique (soudage par ultrasons). On soude ainsi de nombreux métaux, des matières thermoplastiques et même ... le bois.
Sports.
Ski.
Dans la course aux performances, en particulier dans les épreuves de descente, on cherche évidemment à diminuer toutes les forces susceptibles de freiner le mouvement. De nombreux chercheurs travaillent aujourd'hui sur ces questions et la préparation des sportifs et des équipements se fait depuis quelques années en laboratoire. On peut penser que les sommes énormes investies dans ces recherches, afin de gagner quelques millièmes de seconde, pourraient être mieux utilisées ailleurs ; mais c'est ainsi.
Aux vitesses élevées, la résistance de l'air, que l'on traduit par un coefficient de traînée aérodynamique (Cx), est l'ennemi numéro un. C'est en soufflerie, dans des veines d'air pouvant atteindre 200 à 250 km/h, que l'on recherche la meilleure posture possible pour chaque skieur ; cette posture est celle qui facilite au mieux la pénétration dans l'air tout en laissant au skieur une liberté de mouvements suffisante pour qu'il puisse contrôler sa trajectoire. On teste aussi par la même occasion les caractéristiques aérodynamiques des combinaisons, des casques et des chaussures.
Le frottement des skis sur la neige est également l'objet de recherches tribologiques approfondies. On sait que ce problème est complexe : le glissement est favorisé par la fusion superficielle de la neige au contact du ski, mais cette fusion utilise l'énergie dépensée lors du frottement que l'on veut justement combattre. Il y a donc là un point d'équilibre, un optimum entre ces deux facteurs contradictoires, en-deçà et au-delà duquel les résistances augmentent.
Contrairement à ce que l'on pourrait penser, des semelles de skis parfaitement lisses ne donnent pas les meilleurs résultats. Une légère rugosité est nécessaire et on a constaté que des stries très fines, de quelques µm, évitent que le ski colle sur la neige par un effet de ventouse. Les chercheurs étudient la meilleure configuration de ces stries selon la température de la neige.
Les combinaisons trop lisses ne sont pas non plus les meilleures. Comme pour les balles de golf, qui vont plus loin si on ménage des alvéoles sur leur surface, un certain relief est favorable à une diminution du Cx. De plus, ce relief freine efficacement les glissages en cas de chute et se révèle très utile pour la sécurité des skieurs, dont on sait que la trajectoire se termine souvent dans les filets de protection.
Patinage artistique.
La société Thermablade propose des patins chauffants. L'énergie électrique fournie par des batteries échauffe les lames jusqu'à environ 5°C, ce qui permet d'augmenter l'épaisseur du film d'eau qui sert de lubrifiant entre la glace et l'acier et de faciliter le glissement. La société Thermablade revendique une diminution de moitié du coefficient de frottement.
Motocyclisme.
Parmi les risques encourus par les motards en cas de chute, les brûlures par frottement à grande vitesse sur le sol ne doivent pas être négligées ; ces brûlures sont de plus très souvent aggravées par la fusion de doublures de vêtements inadaptées. Les tenues portées par les pilotes doivent les protéger contre ce risque. Les sous-vêtements à base de résine "Kermel" (fibre polyamide-imide créée par Rhône-Poulenc vers la fin des années 1960) sont déjà utilisés comme protection contre la chaleur et le feu par les pompiers, les pilotes d'avions de chasse, d'hélicoptères ou d'engins blindés, le personnel des usines pétrochimiques, etc. La société SKEED met désormais de tels vêtements et sous-vêtements à la disposition des motards. Il en existe deux gammes, l'une destinée aux motards « ordinaires », l'autre aux pilotes de compétition.
Transports.
Le trottoir roulant accéléré Trax est équipé de galets de guidage en acier recouvert de polyuréthane surmoulé.
Vis d'extrudeuses.
Elles travaillent dans des conditions difficiles : fortes contraintes mécaniques, entre autres de torsion, gradient de température important, conditions d'usure abrasive, possibilité de corrosion. Après quelques semaines les vis non traitées présentent une usure à la fois abrasive et corrosive. On peut utiliser divers revêtements durs, tels que : céramiques à base d'oxyde de chrome, carbure de tungstène avec liant métallique nickel-chrome, ou carbure de chrome avec liant métallique.
Voies ferrées.
Parmi les formes d'usure caractéristiques, l'usure ondulatoire est particulièrement nuisible. Comme son nom l'indique, elle se manifeste par des ondulations de la surface des rails, particulièrement dans les courbes et dans les zones d'accélération ou de freinage. Il peut en résulter des nuisances importantes, à la fois pour le matériel roulant qui est soumis à des vibrations importantes et pour le voisinage en raison des bruits qui accompagnent le passage des convois dans les zones concernées. Faute d'une compréhension des mécanismes qui provoquent ce type d'usure, on ne possède actuellement aucun moyen de prévention et aucune autre solution que le meulage périodique des surfaces de roulement. Des études sont actuellement menées à l'INSA de Lyon, en collaboration avec la RATP, Railtech, Lucchini et le "Politecnico di Milano".