Modèle élémentaire d’abrasion et simulation expérimentale
Théorie de l’usure - Approches par l’élasticité et les équations de bilan

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 :

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 $\text{k}\text{*}=\text{k}\cdot \text{HV}$ , 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.