Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article vise à permettre l’optimisation et la prévision de la durée de vie des contacts frottants en fournissant des modèles d’estimation de la vitesse d’usure. Il présente d’abord la modélisation de l’usure par extrusion de bavures périphériques à l’aide de la théorie de l’accommodation élastique. Il développe ensuite l’approche élémentaire de l’abrasion des matériaux ductiles par les équations de bilan qui précisent les forces, l’énergie dissipée et la matière déplacée. Les apports des essais de rayure à cette approche sont ensuite passés en revue.
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This article addresses the optimization and estimation of the lifetime of frictional contacts through models for the estimation of wear rate. The article first presents the model of wear by extrusion of peripheral burrs with the shakedown theory. It then provides the elementary models of the abrasive wear of ductile solids by the balance equations, which precisely state the forces, the dissipated energy and the displaced matter. The contributions of scratch tests to this approach are reviewed.
Auteur(s)
-
Eric Felder : Maître de Recherches honoraire MINES ParisTech-CEMEF, Paris, France
-
Pierre Montmitonnet : Directeur de Recherches CNRS MINES ParisTech-CEMEF, Paris, France
INTRODUCTION
Le mouvement relatif entre deux solides engendre deux phénomènes indissociables et irréversibles : le frottement, soit la résistance mécanique à ce mouvement relatif et l’usure, soit la perte de matière des corps antagonistes. Contrairement au frottement qui a des conséquences positives et/ou négatives, l’usure des pièces frottantes des mécanismes et des outils de fabrication n’a que des côtés négatifs et doit être contrôlée. Toutefois, un contact implique deux antagonistes et il est souvent souhaitable de concentrer les phénomènes d’usure, a priori inévitables, sur l’une des deux pièces, la plus facile et la moins coûteuse à changer. Dans les procédés de formage des matériaux, il importe de minimiser l’endommagement et l’usure des outils tout en garantissant à la pièce formée de bonnes dimensions et un bon aspect de surface. Il faut noter par ailleurs que l’objectif des procédés d’usinage par abrasion est d’ôter de la matière à la pièce usinée (un processus d’usure) à la vitesse la plus élevée possible, tout en minimisant l’endommagement et l’usure des agents abrasifs.
Comme il faut pouvoir prendre en compte l’usure dans la conception des machines et des opérations de fabrication, l’objectif de cet article est de fournir des modèles permettant de prévoir la vitesse d’usure des pièces frottantes et ainsi de maîtriser leur durée de vie.
Dans l’article [TRI500], la loi de Preston-Archard a été présentée et commentée. Elle décrit l’effet sur le volume d’usure V de la force normale P et de la longueur de glissement L à l’aide de la vitesse d’usure k. Dans un certain domaine de validité, lorsque les effets thermiques restent limités, on peut caractériser un contact frottant par sa vitesse d’usure :
avec :
- V :
- volume formé par les débris d’usure,
- P :
- force normale à la surface du contact,
- L :
- distance cumulée parcourue par glissement,
- k :
- vitesse d’usure, en Pa–1.
L’article [TRI501] décrit les divers mécanismes d’usure d’origine mécanique, thermomécanique et physico-chimique.
Le présent article présente la modélisation de l’usure par extrusion de bavures périphériques à l’aide de la théorie de l’accommodation élastique, puis l’approche élémentaire de l’abrasion basée sur les équations de bilan et les données expérimentales issues d’un essai de rayure. Ces modèles donnent des exemples d’analyse mécanique de contacts frottants à l’échelle microscopique et précisent la vitesse d’usure k ou le coefficient d’usure
, où HV est la dureté Vickers de la pièce considérée. On considère des matériaux ductiles, c’est-à-dire pouvant subir de grandes déformations avant rupture. Ces modèles sont principalement appliqués à des matériaux métalliques.
Dans l’article [TRI503], cette approche est poursuivie et l’on y effectue en outre une synthèse des modèles d’abrasion.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
wear | fatigue | elastic shakedown | cutting | abrasive wear
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Conclusion
En anglais
3. Modèle élémentaire d’abrasion et simulation expérimentale
Goddart et Wilman ont développé un modèle simple de contact entre un solide dur rugueux et un solide plus mou en négligeant l’élasticité des deux solides. Ces modèles supposent que les sommets du solide rugueux sont coniques ou sphériques. De tels modèles décrivent de manière satisfaisante le contact d’un solide dur de rugosité courante avec un solide métallique. Nous considérons d’abord le cas de sommets coniques parfaitement lubrifiés (τ r= 0), puis nous étendons l’approche au cas de sommets sphériques. En dernier lieu nous tenons compte de l’existence de frottement sur les microcontacts. Nous présentons ensuite la simulation expérimentale du phénomène élémentaire associé à un microcontact à l’aide de l’essai de rayure. Il permet de tester l’approche théorique et d’en préciser les implications au niveau de l’usure du solide le plus mou. Cette approche sera développée sur les plans théorique, numérique et expérimental dans [TRI 503].
3.1 Équations de bilan des microcontacts
3.1.1 Cas des aspérités coniques
Pour mettre en évidence l’effet « pur » de la rugosité du solide le plus dur et simplifier l’approche, supposons les microcontacts parfaitement lubrifiés. La résistance au mouvement relatif des deux solides est donc due uniquement à l’enfoncement dans le solide le plus mou des sommets du solide dur sous l’effet de la force normale P. Supposons de plus que les aspérités du solide dur sont constituées...
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Modèle élémentaire d’abrasion et simulation expérimentale
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - KAPOOR (A.K.), JOHNSON (K.L.) - Plastic ratchetting as a mechanism of metallic wear, - Proc. Roy. Soc. London A 445 367-381 (1994).
-
(2) - KAPOOR (A.K.), WILLIAMS (J.A.), JOHNSON (K.L.) - The steady state sliding of rough surfaces, - Wear 175 81-92 (1994).
-
(3) - KAPOOR (A.K.), JOHNSON (K.L.), WILLIAMS (J.A.) - A model for the mild plastic ratchetting wear of metals, - Wear 200 38-44 (1996).
-
(4) - GREENWOOD (J.A.), WILLIAMSON (J.B.P.) - Contact of nominally flat surfaces, - Proc. Royal Soc. London A 295 300-319 (1966).
-
(5) - HAMILTON (G.M.) - Explicit equations for the stresses beneath a sliding spherical contact - , Proc. Inst. Mech. Engrs 197C 53-58 (1983).
-
(6) - FRANKLIN (F.J.), KAPOOR (A.) - Effect of adhesion on wear by plastic ratchetting, - ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Théorie du contact de Hertz – Contacts ponctuels et linéiques.
-
Dureté des corps et analyse qualitative.
-
Dureté des métaux courants – Cas limite rigide-plastique.
-
Théorie de l’usure. Mesure, caractérisation des contacts et vitesses d’usure.
-
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