Comment réduire le grippage sur les pièces métalliques en mouvement ?
Le grippage, le plus souvent observé sur des pièces en mouvement comme les filets, les fixations, les roulements, les cylindres et les pistons, peut également survenir lors de la métallurgie — lorsque des morceaux microscopiques de la pièce de travail adhèrent à un outil de coupe de la machine, par exemple.
Heureusement, il existe plusieurs moyens de prévenir le grippage, tant lors de la fabrication des pièces métalliques que durant leur durée de vie opérationnelle. Le choix des matériaux, le traitement de surface et la lubrification efficace sont parmi les meilleures stratégies pour réduire le grippage. Cependant, certaines pièces et matériaux sont intrinsèquement vulnérables au problème, limitant leur durée de vie.
Cet article examine quelques stratégies pour éviter le grippage sur les pièces métalliques en mouvement, en se concentrant particulièrement sur le côté fabrication : matériaux, processus de fabrication et traitements de surface.
Pourquoi le grippage se produit-il ?
Le grippage se produit lorsque des surfaces en mouvement adhèrent l'une à l'autre. La friction et l'adhésion entre les deux surfaces déchirent la structure cristalline sous-jacente de l'une d'elles, provoquant son transfert à la surface opposée. La bosse surélevée visible résultant de ce phénomène est appelée « griffe ».
Ce phénomène se produit parce que même les pièces qui semblent lisses présentent des imperfections — de minuscules pics et creux — à l'échelle microscopique. Les pics ou asperités microscopiques de chaque matériau entrent en contact, provoquant de la friction.
Plusieurs facteurs peuvent aggraver la gravité du grippage. Ils incluent :
Une lubrification inadéquate entre les deux surfaces en mouvement
Une combinaison de charges élevées et de vitesses de glissement lentes
L'utilisation de matériaux doux et ductiles
L'utilisation de matériaux avec une couche d'oxyde passive comme l'acier inoxydable et le titane
L'utilisation du même matériau sur chaque surface
Les fluctuations de température
Le grippage se produit souvent avec de petites pièces comme les fixations filetées. Il pose un risque sérieux dans les processus industriels s'il n'est pas traité. Des filetages bloqués peuvent entraîner la rupture de la fixation ou de l'ensemble de l'assemblage.
Le problème de grippage peut entraîner une défaillance de l'équipement et nécessiter une maintenance coûteuse, entraînant des retards de production et du gaspillage de ressources.
Comment prévenir le grippage ?
Il existe plusieurs moyens de prévenir ou de minimiser le grippage des pièces métalliques en mouvement. Nous nous concentrons principalement sur les méthodes que les fabricants comme XTJ peuvent utiliser pour aider à prévenir le grippage (matériaux et fabrication) plutôt que sur celles que les utilisateurs finaux peuvent appliquer (lubrification et maintenance), bien que les deux soient importantes.
1. Choix des matériaux
Certains matériaux sont plus sujets au grippage que d'autres. En général, les matériaux plus durs sont plus résistants au grippage que les matériaux plus tendres, bien que d'autres considérations doivent également être prises en compte.
Certains des matériaux les plus sujets au grippage incluent l'aluminium, le titane et l'acier inoxydable austénitique. Cependant, ces matériaux sont souvent nécessaires en raison de leurs autres propriétés souhaitables, telles que la résistance, la résistance à la corrosion et la machinabilité. Si ces matériaux ne sont pas essentiels, des alternatives comme le laiton, le bronze et le cobalt sont beaucoup plus efficaces pour éviter le grippage.
Le grippage peut être moins probable si les deux surfaces de glissement sont constituées de deux matériaux différents, en raison de leurs structures atomiques dissemblables.
2. Traitements de durcissement des matériaux
Comme nous l'avons discuté, les matériaux avec des taux de travail-durcissement plus élevés sont moins sujets au grippage. Outre la sélection des matériaux, la dureté d'un matériau peut être améliorée par certains traitements de surface métalliques.
Pour les aciers inoxydables en particulier, des méthodes telles que le traitement thermique, la carburisation et la nitruration peuvent toutes réduire les dommages causés par le grippage.
3. Traitements de rugosité de surface
Les surfaces rugueuses peuvent aggraver le grippage, car les aspérités de chaque surface peuvent s'engrener. D'autre part, des surfaces très lisses peuvent également entraîner du grippage, car l'absence de texture sur la surface signifie que le lubrifiant ne peut pas être capturé et maintenu en place par le matériau.
La rugosité de surface idéale pour prévenir le grippage est supérieure à 0,25 mm Ra et inférieure à 1,5 mm Ra.
Les traitements de finition de surface tels que le meulage, le polissage et le buffing peuvent être utilisés pour réduire la rugosité des matériaux avec une rugosité de surface supérieure à 1,5 mm Ra, tandis que des traitements comme le sablage abrasif grossier peuvent être utilisés pour augmenter la rugosité de surface (tout en masquant les défauts de surface).
4. Revêtements anti-grippage
Les pièces susceptibles au grippage peuvent être traitées avec des revêtements anti-grippage formulés pour réduire la friction. Un type possible de revêtement est le disulfure de tungstène, qui agit comme un lubrifiant en film sec. Contrairement aux lubrifiants humides, qui sont appliqués et réappliqués avant l'assemblage et l'utilisation, le disulfure de tungstène n'attire pas la saleté et les débris.
Une autre option pour réduire le grippage est le placage en nickel ou en chrome sans électrolyse, qui peut également améliorer la résistance à la corrosion. Le placage peut être particulièrement efficace s'il est appliqué sur l'une des deux surfaces de glissement.
Une autre couche anti-grippage populaire est le carbone amorphe de type diamant (DLC), qui peut augmenter considérablement la dureté de la surface d'une pièce métallique.
5. Conception des pièces
La pression de surface peut être réduite et le grippage minimisé en augmentant la surface de contact entre les surfaces de glissement. Lors de la conception des pièces, maximisez la surface de contact si possible. La conception doit permettre une lubrification adéquate des pièces de glissement — des cavités ou des trous peuvent aider à retenir le lubrifiant dans la zone de contact.
La spécification des tolérances est également importante lors de la conception. Les pièces de glissement doivent avoir un jeu suffisant pour minimiser la friction tout en permettant leur fonctionnement prévu.
6. Lubrification
Une lubrification efficace est l'une des stratégies clés pour prévenir le grippage des composants métalliques en mouvement. La lubrification réduit la friction et la température de contact, agissant également comme une couche protectrice entre deux surfaces.
Les lubrifiants couramment utilisés pour prévenir le grippage incluent des lubrifiants anti-grippage spécialisés, de la graisse, de l'huile et des solutions anti-seize.
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