institut supérieur de mécanique de paris etats de surface microgéométries lismma – equipe...

Institut Supérieur de Mécanique de Paris

0,0(mm

)

0 1 2 3 4 (mm)

-5-2

14

(µm)

ETATS DE SURFACE

Microgéométries

LISMMA – Equipe TribologieISMEP/Supméca

3, rue Fernand Hainaut93407 Saint-Ouen Cedex

T. DA SILVA [email protected]

2


CONTEXTE : Diagramme "causes – effets" en Tribologie

ETATS DE SURFACE Microgéométrie Physico-chimie

ADHÉSION

ABRASION

SURCONTRAINTE

FATIGUE

ÉROSION

CAVITATION

TRIBOCORROSION

FROTTEMENT

PERTE DE MASSE

DÉBRIS

DÉFORMATION

ÉCHAUFFEMENT

VIBRATIONS

TRANSFORMATIONS

MATÉRIAUX Nature Propriétés

ENVIRONNEMENT Nature Température

MODE DE CONTACT Nature Géométrie

CHARGEMENT

CINÉMATIQUE

3


MICROGÉOMÉTRIE1. INTRODUCTION

1.1 Les différents langages1.2 Contexte normatif

2. MESURES DES MICROGÉOMÉTRIES2.1 Appareillages

a) Avec contactb) Sans contactc) Comparaison entre les 2 méthodes

2.2 Principes de dépouillementa) Choix de la direction de mesureb) Représentation du profil

2.3 Paramètres de microgéométrie2.4 Futur : la surfométrie

3. SPÉCIFICATION DES MICROGÉOMÉTRIES

4. RELATION ENTRE MICROGÉOMÉTRIE ET PROCÉDÉS DE FABRICATION

4


I. INTRODUCTION 1.1 Les différents langages

SPECIFICATION

BUREAU D’ETUDES

REALISATION

ATELIER DE FABRICATION

MESURE

CONTRÔLE

Introduction

Langages

Normalisation

Mesures

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications

Relation avec la fabrication

02

4(µ

m)

0 1 2 3 4 (mm)

Ra 0.8

1. Introduction

TOURNAGE DE DEMI-FINITION(Avance par tour de 11 µm)

5


1.2 Contexte normatif

NF EN ISO 4287 (Décembre 1998) États de surface - Méthode du profil : Termes, définitions et paramètres d’états de surface

NF EN ISO 4288 (Mars 1998) États de surface - Méthode du profil : Règles et procédures pour l’évaluation de paramètres d’états de surface

NF EN ISO 12179 (Mai 2000) États de surface - Méthode du profil : Étalonnage des instruments à contact (palpeur) NF EN ISO 1302 (Février 2002) Indication des états de surface dans la documentation technique de produits NF EN ISO 11562 (Mars1998) États de surface - Méthode du profil : Caractéristiques métrologiques des filtres à phase correcte.

NF EN ISO 12085 (Août 1996) États de surface - Méthode du profil : Paramètres liés aux motifs.

Introduction

Langages

Normalisation

Mesures

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


1. Introduction

6


2. Mesures des microgéométries

2. MESURES DES MICROGÉOMÉTRIES

2.1 Appareillages

Introduction

Langages

Normalisation

Mesures

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


CLASSE N10 N9 N8 N7 N6 N5 N4 N3 N2

Ra (µm) 12.5 6.3 3.2 1.6 0.8 0.4 0.2 0.1 0.05

7




2.1 Appareillages

Introduction

Langages

Normalisation

Mesures

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


a) Mesures avec contact

Capteur de déplacement

Déplacement

8




2.1 Appareillages

a) Mesures avec contactIntroduction

Langages

Normalisation

Mesures

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


9



Appareillages miniatures

2.1 Appareillagesa) Mesures avec contact

Introduction

Langages

Normalisation

Mesures

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


10



2.1 Appareillages

b) Mesures sans contact

Introduction

Mesures

Normalisation

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


Introduction

Langages

Normalisation

Mesures

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


11



2.1 Appareillages

b) Mesures sans contact: interférométrie

Introduction

Mesures

Normalisation

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


Introduction

Langages

Normalisation

Mesures

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


Surface plane

12


2.1 Appareillagesb) Mesures sans contact: interférométrieLe système balaie en Z la surface. La focalisation est maximale pour des

franges d’interférence d’intensité maximale.

Le système repère les maximas. On a alors une cartographie 3D de la zone visualisée.Méthode sans contact, résolution verticale égale au nm sur un balayage Z

maximal de 2 mm, large gamme de champ observable, recollement d’image possible (stitching).

step n+1

step n+2

focus position

step n

13



Introduction

Mesures

Normalisation

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


Introduction

Langages

Normalisation

Mesures

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


2.1 Appareillages

b) Mesures sans contact: optique confocale en lumière blanche

14



2.1 Appareillages

b) Mesures sans contact: optique confocale en lumière blanche

Introduction

Mesures

Normalisation

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


Introduction

Langages

Normalisation

Mesures

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


15


Mesure par contact Mesure sans contact

2.1 Appareillagesc) Comparaison entre les 2 méthodes de

mesures

Actuellement : Seules les mesures de profil avec contact sont normalisées. Une norme pour les mesures sans contact et pour les surfaces est en cours de rédaction.

Introduction

Langages

Normalisation

Mesures

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


Matériau très déformable Non normaliséeNon utile en profilométrie

AntérioritéNormalisée

Rapide (pour mesures sur des surfaces)

Remèdes : répliques


16


2.2 Principes de dépouillement

a) Choix de la direction de mesure

1 2 3 4

1 2 3 4


• Cas des surfaces non texturées– Mesures dans des directions différentes

• Cas des surfaces texturées– Mesures perpendiculaires aux striesIntroduction

Mesures

Normalisation

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


Introduction

Langages

Normalisation

Mesures

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


17


Attention : La forme des aspérités est déformée

Mesure réelle


Introduction

Mesures

Normalisation

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


Introduction

Langages

Normalisation

Mesures

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


Représentation anamorphosée

(mêmes amplifications dans les 2 directions )Effet zoom

2.2 Principes de dépouillement

b) Représentation du profil mesuré

avec des amplifications différentes suivant les 2 axes (représentation en pleine échelle)

18


2.3 Paramètres de microgéométrie

La technique utilisée est le filtrage.

02

4(µ

m)

0 1 2 3 4 (mm)

13

5(µ

m)

0 1 2 3 4 (mm)

Profil de mesure

Profil filtréfiltre passe-haut

période < 0,8 mm


Introduction

Mesures

Normalisation

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


Introduction

Langages

Normalisation

Mesures

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


a) Traitement 1 du profil : principe

19



a) Traitement 1 du profil : Ligne moyenne


Introduction

Mesures

Normalisation

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


Introduction

Langages

Normalisation

Mesures

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


0

1( )

L

z xR dxL

a 2 2

0

1( )q

L

z x dxL

R

1

1 n

kk

RL

RSmn n

Sm

x

z

L

Rugosité arithmétique :

Rugosité quadratique (écart-type des altitudes):

Périodicité moyenne des aspérités:

RSmk

20



b)Traitement 2 du profil : principe

La technique utilisée est la reconnaissance de forme.

02

4(µ

m)

0 1 2 3 4 (mm)

02

4(µ

m)

0 1 2 3 4 (mm)

Profil de mesure

Décomposition en "motifs"


Introduction

Mesures

Normalisation

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


Introduction

Langages

Normalisation

Mesures

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


21



b)Traitement 2 du profil : Motifs


Introduction

Mesures

Normalisation

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


Introduction

Langages

Normalisation

Mesures

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


Paramètre R: moyenne des hauteurs de motifs, Ri

Paramètre AR: moyenne des largeurs de motifs, ARi

Paramètre SR: écart-type des hauteurs de motifs, Ri

Paramètre SAR: écart-type des largeurs de motifs, ARi

02

4(µm

)

0 1 2 3 4 (mm)ARi

Ri

22


2.3 Paramètres de microgéométrie c) Comparaison entre les 2 familles de paramètres

Introduction

Langages

Normalisation

Mesures

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


zL

x0

z

Paramètres " Motifs" Paramètres " Ligne moyenne"

R = (3 à 4) RaExploitation moyenne des altitudes

AR # RSmExploitation moyenne des espacements


23


2.4 Futur : la surfométrie

0,0

(mm

)

0 1 2 3 4 (mm)

-5-2

14

(µm)

Perspective

Cartographie


Introduction

Mesures

Normalisation

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


Introduction

Langages

Normalisation

Mesures

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


Paramètres en cours de normalisation

24


3. SPÉCIFICATION DES MICROGÉOMÉTRIES

1 : Symbole(s) et valeur(s) numérique(s) du (ou des) paramètre(s)

1 1.25 1.6 2 2.5 3.2 6.3 8 10 12.5

Tout procédé de fabrication autorisé Enlèvement de matière exigé

Ra 3.2

Enlèvement de matière interdit

3. Spécification des microgéométries

2 : Procédé d’élaboration3 : Stries d’usinage4 : Surépaisseur d’usinage

Introduction

Mesures

Normalisation

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


Introduction

Langages

Normalisation

Mesures

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


11’

2

4 3

1

Valeurs numériques prises dans la série:

25


4. LA RELATION ENTRE MICROGÉOMÉTRIE ET PROCÉDÉS DE FABRICATION

TournageAlésage Electro érosion Rectification Polissagerabotage

0,01250,025 0,0250,05 0,050,1 0,10,2 0,2

0,4 0,40,8 0,8 0,81,6 1,6 1,63,2 3,2 3,26,3 6,3

12,5 12,525

Avec enlèvement de matière

Sans enlèvement de matière

En sable en carapaces de précision en sable par gravité sous pression

0,20,4

0,8 0,8 0,81,6 1,6 1,6 1,63,2 3,2 3,2 3,2 3,26,3 6,3 6,3 6,3 6,3

12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 12,525 25 25 25 2550 50 50 50

100 100200400

Aluminium,cuivre Magnésium, ZincAcier

4. Relation avec procédés de fabrication

Introduction

Mesures

Normalisation

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


Introduction

Langages

Normalisation

Mesures

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


26


Introduction

Langages

Normalisation

Mesures

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


Quelques exemples de microgéométrie (tournage)

Tournage : Relation pas – rugosité (Ra>0,8 µm)


010

20(µ

m)

0 1 2 3 4 (mm)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

(µm

)

0 1 2 3 4 (mm)

02

4(µ

m)

0 1 2 3 4 (mm)

010

20(µ

m)

0 1 2 3 4 (mm)

010

2030

40(µ

m)

1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 (mm)

Ra = 8 µm

Ra = 5 µm Ra = 1 µm

Ra = 0,1 µm

Ra = 5 µm

27


Quelques exemples de microgéométrie (finition)

0,0

00,1

00,2

00,3

0(µ

m)

0 1 2 3 4 (mm)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

(µm

)

0 1 2 3 4 (mm)

RodageRa = 0,15 µm

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

(µm

)

0 1 2 3 4 (mm)

RectificationRa = 0,35 µm

PolissageRa = 0,05 µm

Les procédés de finition génèrent des profils aléatoires


Introduction

Langages

Normalisation

Mesures

Appareillages

Principes

Paramètres

Surfométrie

Spécifications


28


Quelques exemples de surfaces

Essai de rayage sur une roche à vitesse constante.

Source des images pour cette page: École Centrale de Lyon.

29


30


Indication des stries de surface

Symbole graphique Interprétation et exemple

= Parallèle au plan de projection de la vue sur laquelle le symbole figure

Perpendiculaire au plan de projection de la vue sur laquelle le symbole figure

XCroisé dans 2 directions obliques par rapport au plan de projection de la vue sur laquelle le symbole figure

M Multidirectionnel

CApproximativement circulaire par rapport au centre de la surface à laquelle le symbole s’applique

R Approximativement radial par rapport au centre de la surface à laquelle le symbole s’applique

P Stries particulières, non directionnelles ou protubérantes

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