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Système Expert en Morphologie : Application à l‘UHP
Laboratoire Roberval, Unité de Recherche en Mécanique, Acoustique et Matériaux
UMR 6253 UTC-CNRS
Objectif : Dans le domaine de la caractérisation morphologique des Objectif : Dans le domaine de la caractérisation morphologique des surfaces, il existe une multitude de paramètres d’état de surface. Mais le surfaces, il existe une multitude de paramètres d’état de surface. Mais le concepteur, lorsqu’il veut écrire ses spécifications produits, ne sait pas concepteur, lorsqu’il veut écrire ses spécifications produits, ne sait pas
réellement comment choisir le ou les paramètres optimum relativement à réellement comment choisir le ou les paramètres optimum relativement à une fonction attendue liée à la qualité de surface (résistance à l’usure, une fonction attendue liée à la qualité de surface (résistance à l’usure, adhésion, frottement, usinabilité, biocompatibilité, aspect esthétique, adhésion, frottement, usinabilité, biocompatibilité, aspect esthétique,
brillance, propriété optique de réflexion,…). brillance, propriété optique de réflexion,…).
Perspectives : Etendre notre méthodologie aux surfaces tridimensionnelles Perspectives : Etendre notre méthodologie aux surfaces tridimensionnelles (projet région foncrug3D). (projet région foncrug3D).
Relation entre la nature du matériau et la rugosité de surface en usinage par outil diamant monocristallin
Le Rk (amplitude centrale de la rugosité calculée par la norme ISO XXX) permet de différencier la nature du matériaux à l’échelle nanométrique
La réponse du matériau à la coupe est concentré sur les pics de rugosité les plus massifs: l’aluminium pur, homogène et neutre vis-à-vis du diamant, permet une rectification de haute
qualité.
Rk (µm )
Fre
qu
en
cy
0.0234 0.0437 0.0639 0.0842 0.1045 0.1247 0.1450 0.1653 0.18550
2
4
6
8
10
12
14
16
Hard S tee l Aluminium 1 S ta inless S tee lAluminium 2
Evaluation length=10µm
Usinage de Haute Précision
Choisir l’appareil de mesure le plus performant pour
mesurer correctement la surface rugueuse
Profils obtenus par AFM (a) et Microscopie Interferométrique (b) sur un réseau de 200nm de hauteur (λ/4~150nm). On note la présence de pics anormaux sur la mesure interferométrique.
L’interférométrie monochromatique est capable de mesurer sans ambiguïté seulement des surfaces pour des variations de marche inférieure à λ/4
(a)
(b)
Métrologie
Relation entre la rugosité et la tenue en fatigue de contact de roulements
La pente des profils permet caractériser les différents stade de l’endommagement du matériaux indépendamment de la pression de contact
L’écrêtage de la rugosité (abrasion) en début est suivi d’une augmentation de cette dernière (endommagement de la surface de type labourage) et d’une chute de la rugosité (usure uniforme)
Fiabilité
N om bre de cycles
Pente de profiles
016600
1 .008E51 .1008E6
0.070
0.075
0.080
0.085
0.090
0.095
0.100
0.105
0.110
0.115
0.120
016600
1 .008E51 .1008E6
P re ssio n d e C o n ta c t F a ib le
P re ssio n d e C o n ta c tE le vé e
Roughness Parameters
Co
rre
latio
n p
ow
er
0
2
4
6
8
10
12
AM
NLN
SR
I_C
OR
R_C
NO
MO
DE
LTA
_AT
RIL
NO
SC
LNR
I_C
OR RI
BIG
LNE
XP
O_T
2S
AR
SA
R_C
OR AR
AR
_CO
RS
RI
GA
MM
AD
IMF
RE
QM
EX
PO
_PC
WR
I_C
OR
WR
IR
PM
RZ
3LR R
ZD
IMF
RE
QW
SR
I_C
OR
WS
RI
WA
RW
AR
_CO
R RA L0 RV
RK
RQ
A_A
BO
T F4
F3
LAC
_AIR
ED
ELT
A_Q
BE
TA_G
F2
LAC
_GB
ETA
NL_
GO
RD
RE
LAC
_LB
ETA
NL_
L M0
RM
AX
S_P
IC RT
BE
TA_E
LAC
_EX
PE
LAC
_MO
DR
P5
LAC
_EB
ETA
NL_
E A2
RP
3M
_M0
ZM
INR
P4
RV
KR
Z5
WS
AR
WS
AR
_CO
RR
Z4
ZM
AX
LAN
DA
_Q RP
2R
V1
RZ
2R
Z1
M2
RV
3LA
ND
A_A RV
5R
V4
RP
1R
EG
_PC
RE
G_T
2C
TE
_PC
CT
E_T
2M
_PIC M
4R
PK
M_M
2M
_M4
A1 F1
SR
PK
RV
2S
RK
SR
VK
RW
ZS
MB
ETA
_L SK
MR
2R
O GA
NG
LE_P
RM
R1
EK
LAC
_PO
ND Z0
ANAM Ra
Rq Lac CTE_PC
Strips
Ra
(µm
)
0.055
0.065
0.075
0.085
0.095
0.105
0.115
0.125
B'' B' A'' A'
Strips
frac
tal d
imen
sion
AN
AM
1.2
1.22
1.24
1.26
1.28
1.3
1.32
1.34
1.36
1.38
B'' B' A'' A'
Relation entre la brillance et la rugosité
de surface.
Quel paramètre de rugosité est relié à la brillance de tôles ?
Visualisation du graphe de la
pertinence des paramètres de
rugosité
La dimension fractale permet de différentier
la brillance
Le Ra ne permet pas
de distinguer les niveaux de brillance
Analyse sensorielle+ pertinent+ pertinent
- pertinent- pertinent
Relation entre les propriété de frottement et la rugosité des cylindres.
Mise en évidence de plusieurs échelles de pertinence en lien avec le processus d’abrasion de vilebrequinLes paramètres de rugosité dépendent de la longueur d’évaluation. Sous la taille des grains abrasifs,
les tendances sont différentes qu’aux l’échelles supérieures.
Industries automobiles
Caractériser l’usure topographique des différentes zones d’endommagement de têtes fémorales
Il est nécessaire d’utiliser deux paramètres pour différentier les zones d’endommagement : la hauteur des pics (Rpm) et le Ra
L’usure du polyéthylène est accélérée en présence d’un troisième corps; rôle joué par des particules de ciment.
RA
RP
M
0
0.5
1
1.5
0 0.1 0.2 0.3 0.4
ABcEcP
Original Data
Génie Médical
Evaluation length : 37.4µm
H ard Soft
H ardness of contact w heel
9.0
9.2
9.4
9.6
9.8
10.0
Sm
(µ
m)
(d)
Evaluation length : 7µm
H ard Soft
H ardness o f contact w heel
0 .8
0.85
0.9
0.95
1.0
1.05
1.1
1.15
Sm
(µ
m)
(c)
7.5 µm
Hard
30 µm
Soft7.5 µm
30 µm
30 µm
7.5 µm
When Hardness
wheel increases, indentatio
n depth increases
However, into the groove, plowing
wear with soft wheel
Macroscopic
Microscopic