Définition du fini de surface en fonction de la fonctionnalité des pièces

La caractérisation fonctionnelle d’un état de surface joue un rôle primordial lorsque deux pièces entrent en contact. L’industrie mécanique et en particulier l’industrie aéronautique cherche à optimiser les paramètres afin d’améliorer leurs corrélations avec les phénomènes fonctionnels. Le point de départ est l’utilisation de la norme ISO 13565. Elle définit des zones fonctionnelles permettant de caractériser les zones intervenant dans les phénomènes de lubrification, d’usure et de contact. Les surfaces des pièces ont une fonction bien précise, allant de la limitation de la matière à la réalisation des fonctions aussi complexes que l’étanchéité dynamique, des phénomènes de contraintes ou de frottement des pièces en mouvement relatif. La micro-géométrie de la surface intervient souvent de façon déterminante dans son aptitude à satisfaire la fonction attendue. La maîtrise de l’état de surface par le choix d’un ou plusieurs paramètres adaptés permettra de garantir la qualité du fonctionnement tout au long de la durée de vie du produit. Lorsque la surface mesurée présente des creux relativement profonds sous un plateau dont le fini est plus fin, avec une faible ondulation, le profil de rugosité engendré par filtrage subit certaines distorsions indésirables.

Une autre méthode de filtrage (ISO.13565-1., 1998) a été développée pour réduire ces distorsions permettant ainsi la définition des paramètres de rugosité liés à la courbe de taux de portance (ISO.13565-2, 1998). Cette nouvelle procédure de filtrage supprime l’influence des creux sur cette ligne de façon à engendrer une ligne de référence plus satisfaisante. La Table 1.2 présente les définitions des paramètres définis par rapport à la courbe de portance. Ces paramètres sont déterminés à partir de la représentation linéaire de la courbe de taux de matériau (courbe d’ABBOTT) qui décrit l’augmentation de la portion du matériau de la surface en fonction de l’augmentation de la profondeur du profil de rugosité (Figure 1.9). Ils sont destinés à aider à évaluer le comportement fonctionnel des surfaces très sollicitées mécaniquement. Ces paramètres sont destinés à faciliter l’évaluation du comportement fonctionnel des surfaces soumises à de fortes contraintes mécaniques. La courbe de taux de portance décrit la variation du taux de longueur portante en fonction de l’augmentation de la profondeur du profil de rugosité.

Sur les deux profils ci-dessus, on a : Ra, Rt, R , Rsm, et AR identiques mais Rp différent.

(http://jm.karrer.free.fr/, consulté le 16 décembre 2010 à 15h30)

Ces quatre surfaces ont le même Ra et pourtant pas du tout le même profil

fonctionnel (Barlier, 1995)

Ces deux profils ont un Ra identique de 0,2 µm. (http://pdf.directindustry.com/pdf/trelleborg

-sealing-solutions/aerospace-sealing- systems)

Figure 1.8 Variation entre le profil et la valeur de la rugosité arithmétique Ra.

a)

b)

Table 1.2 Définition des paramètres liés à la courbe de portance.

Intitulé Définition _{de rugosité} Paramètre

Profondeur du

profil écrêté Profondeur de la partie centrale du profil de rugosité Hauteur des pics

éliminés Hauteur moyenne des pics saillants, situés au-dessus du profil écrêté Hauteur des creux

éliminés

Hauteur moyenne des creux, situés au-dessous du profil écrêté

Taux de longueur portante

Taux(%), déterminé sur la ligne de coupure qui sépare les pics saillants du profil écrêté

Taux de longueur

portante Taux (%), déterminé sur la ligne de coupure qui sépare les creux profonds du profil écrêté

Cette courbe (Figure 1.9) est utilisée pour prévoir la tenue à l’usure d’une pièce suivant trois critères :

 Le critère de rodage où les pics les plus saillants vont s’user et disparaître pendant les premières heures de fonctionnement. L’absence de ce critère limitera le temps de rodage d’un moteur. Ce critère est représenté par le paramètre .

 Le critère de fonctionnement qui représente la quantité de matière disponible à l’usure. Plus cette quantité est disponible plus un moteur fonctionnera longtemps.  Le critère de lubrification qui détermine les creux disponibles et toujours utiles pour

servir de réserve de lubrifiant. L’absence ou la disparition des creux entraînera le grippage du moteur. Ce critère est représenté par le paramètre .

Ces paramètres liés au taux de portance sont plus proches du phénomène physique mesuré que les traditionnels , , …. Ils prennent réellement en compte le besoin final du fabricant. Il sera par exemple important de réduire la hauteur du pic pour les matériaux durs, ceci afin de protéger que la surface en contact avec elle soit raillée. Les paramètres et représentant le facteur d’asymétrie du profil (Skewness) et le facteur d’aplatissement du profil (Kurtosis) sont aussi très influencés par des saillies ou des creux isolés et donnent une image plus détaillée de la surface (Table 1.3).

Table 1.3 Visualisation de la surface mesurée par rapport au kurtosis et au skewness

Distribution Profil Influence

Skewness < 0 La surface résistera bien à l’usure. > 0 La surface résistera très peu à l’usure. Kurtosis >3 _{Profil large} < 3 _{Profil serré}

1.4 Techniques de caractérisation de la rugosité de surface

Un certain nombre de méthodes de mesure de rugosité de surface a été développé dans les dernières décennies. Comparer ces dispositifs nécessite de prendre en compte un certain nombre de paramètres :

• Fréquence de mesure;

• Distance de travail, capteur – surface; • Résolution et plage de mesure;

• Propriétés optiques de la surface : réflexion spéculaire, réflexion diffuse.

Les instruments tactiles utilisent un stylet (diamant); ceux sans contact sont généralement optiques et opèrent en mesurant la distance entre une référence interne et les points de la surface. La mesure utilise un codage de l’espace de la mesure faisant généralement appel à de la lumière structurée. Pratiquement, cela se traduirait par la refocalisassion dynamique d’un faisceau lumineux, le codage interférentiel ou le codage chromatique. Parmi ces différentes méthodes, nous pouvons citer :