Contre l’effet « stick-slip » : des profils de filetage avec des réservoirs de lubrifiant microscopiques
Avec des vérins mécaniques qui, lorsqu’ils sont sous charge, atteignent une pression superficielle > 20 N/mm², et fonctionnent à des vitesses périphériques réduites, la lubrification des profils de filetage se doit d’être constante. Une partie de la solution réside dans l’utilisation de filetages de précision de Bornemann.
Lorsque les filetages se mettent tout à coup à crisser, les opérateurs de machines expérimentés s’inquiètent. En effet, d’après leur expérience, il reste peu de temps avant que l’installation ne tombe en panne. Le crissement est un signe d’usure, et survient notamment sur les paliers, les dispositifs de guidage et les tiges filetées utilisés dans les systèmes de levage lourd. La raison : une mauvaise lubrification. La conséquence : un effet stick-slip. Le phénomène de stick-slip est un mouvement saccadé observé lors du glissement relatif des objets (sur un filetage, il s’agit de la tige filetée et de l’écrou). Dans le pire des cas, cela aboutit à des microsoudures ou à des soudures à froid. Le fabricant du lubrifiant en est-il responsable ?
« Non », déclare Moritz von Soden, dirigeant de Bornemann Gewindetechnik, « cela n’est pas aussi simple. Les causes de l’effet stick-slip sont diverses et variées. Il s’agit souvent d’une conjonction de différents facteurs. Selon moi, c’est la construction en elle-même qui garantit une longue durée de vie pour un filetage. La qualité des surfaces du filetage est un critère important. »
Une lubrification optimale des flancs de filet : des poches de graissage pour lutter contre l’effet stick-slip
L’effet stick-slip, soit « coller-glisser » en français, disparaît souvent dès qu’un intermédiaire ou un lubrifiant sépare les parties en frottement. Mais cela dépend de la compatibilité du lubrifiant avec des matériaux élastomères, de son type d’écoulement, de sa restitution d’huile et de sa protection anticorrosion.
La combinaison des matériaux du système de vis et d’écrou joue également un rôle important. Ainsi, s’il s’agit d’une combinaison de fonte à graphite sphéroïdal et d’acier, la teneur en acier des deux matériaux peut favoriser une soudure à froid.
Indépendamment de l’apport en lubrifiant, de la compatibilité du lubrifiant et de la combinaison des matériaux, Bornemann Gewindetechnik accorde une grande importance à la précision lors de la réalisation de la topographie des surfaces des tiges filetées et des écrous. Un niveau de précision microscopique : de petites poches de graissage microscopiques, soit des creux sur la surface du filetage, garantissent que le lubrifiant reste là où il est utile (fig. 1 a+b). Et ce, même en cas de contraintes maximales sur la surface.


Tragflanke | Flanc porteur |
Bearbeitungsmarken | Repères d’usinage |
Rotation | Rotation |
Sur les filetages fabriqués chez Bornemann, les poches de graissage sont un aspect essentiel de leur fiabilité. La procédure de roulage, qui ne permet pas de créer de petits creux sur la surface du filetage, est une procédure différente et ne représente donc pas une alternative. Dans le domaine des systèmes de levage lourd, ce sont de grosses tiges filetées de Bornemann qui sont utilisées. L’outil de fabrication des tiges filetées se compose d’une bague actionnée mécaniquement avec un jeu d’outils profilés, et fonctionne selon ce que l’on appelle des passes de génération, c’est-à-dire que pendant l’usinage, la pièce effectue une rotation dans la bague de cet outil.
Le jeu d’outils implique plusieurs étapes de coupe, qui sont activées l’une après l’autre de façon interrompue. Ces coupes intermittentes créent alors de petites interruptions microscopiques à la surface de la pièce, ce qui produit des facettes concaves polygonales dans des dimensions en micromètres. Si ces facettes semblent être au premier regard des défauts de fabrication, en réalité, ces marques d’usinage améliorent la tenue des tiges filetées. Des creux microscopiques sur des contacts en frottement lubrifiés font office de microscopiques poches. Celles-ci se remplissent de lubrifiant, et évitent ainsi que le film lubrifiant ne disparaisse. Comme représenté sur la fig. 2a), lorsque le contact de frottement entre deux corps est lubrifié, les poches microscopiques créent une pression hydrodynamique qui a un effet normal sur la surface et évite le frottement des corps solides.

Hydrodyn. Druck P a | Pression hydrodyn. P a |
Gleitrichtung | Sens du frottement |
Gleitrichtung | Sens du frottement |
Körper 1 | Corps 1 |
Körper 2 | Corps 2 |
Schmierstoff | Lubrifiant |
Reibwert µ | Coefficient de frottement μ |
Gehonte Oberfläche | Surface traitée |
Mikrostrukturiert | Microstructurée |
Geschwindigkeit v | Vitesse v |
Fn = 650N (0,32 Mpa) | Fn = 650N (0,32 Mpa) |
Fn | Fn |
M (Fr) | M (Fr) |
-77% | -77% |
-36% | -36% |
Les recherches sur les disques de tribomètre dotés de poches microscopiques montrent tout le potentiel de ces poches microscopiques. À des vitesses relativement faibles < 1,5 m/s, on constate une amélioration de l’apport en lubrifiant dans le contact en frottement, et une diminution du coefficient de frottement et donc des pertes par frottement (Fig. 2b).
Ces poches microscopiques font déjà l’objet de différents projets de recherche dans d’autres domaines, par exemple dans un contact en frottement entre des chemises de cylindre et des pistons. Dans un moteur à combustion, ces creux sont utilisés pour empêcher que du lubrifiant ne s’écoule latéralement du point de contact, et permettent ainsi de réduire les pertes par frottement et l’usure liée à un mouvement mécanique. Ces poches présentent également des avantages pour le flanc porteur du filetage sur les tiges filetées de Bornemann. Le fait qu’elles soient disposées perpendiculairement au mouvement de frottement contribue notamment à ce que le lubrifiant reste dans le contact en frottement, ce qui favorise ainsi une lubrification efficace.
« Évidemment les autres procédures de fabrication ont leurs avantages spécifiques », souligne Moritz von Soden, « mais dans les systèmes de levage lourd, nos filetages ont fait leurs preuves, notamment sur les systèmes d’entraînement à vis trapézoïdale soumis à de fortes contraintes. Le lubrifiant est pressé moins fortement. Les poches de graissage que nous avons conçues fonctionnent comme un réservoir de lubrifiant ».
L’argument souvent avancé selon lequel les tiges filetées roulées auraient une plus longue durée de vie ne se voit pas confirmer par la pratique selon le dirigeant de Bornemann. « La surface plus dure des broches roulées ne rallonge pas la durée de vie. Dans les systèmes de levage, des écrous filetés sont généralement utilisés comme pièces d’usure. La dureté des tiges ne joue donc ici aucun rôle du point de vue de l’usure. Par ailleurs, des tests longue durée réalisés par le passé ont montré que nos tiges filetées ne présentent que très légères traces d’usure après plusieurs années d’utilisation.
Outre la qualité du filetage, c’est tout le système qui joue un rôle
Seule une interaction optimale entre le filetage, le lubrifiant et l’entretien de l’installation permet de lutter contre l’effet stick-slip. Le nettoyage des surfaces fait partie des opérations préalables essentielles à réaliser avant de déposer du lubrifiant. Il est également recommandé d’utiliser une graisse fluide de classe de consistance NLGI 00. La quantité de graisse doit correspondre à au moins 30 % du volume entre la tige et le soufflet. Une autre condition en ce qui concerne le lubrifiant est l’étanchéité du système : comme le soufflet n’est en général pas fermé de façon étanche à l’air, il n’est en principe pas possible d’exclure une formation de condensat à l’intérieur. C’est pourquoi le lubrifiant doit avoir une résistance à l’eau élevée et offrir une très bonne protection anticorrosion.
À propos de Bornemann
L’entreprise Bornemann Gewindetechnik (www.bornemann-gewindetechnik.de) fabrique des filetages dans toutes les formes spéciales. Cela inclut des solutions spéciales pour les applications dans des systèmes de levage, dans des constructions hydrauliques en acier, mais aussi des équipements scéniques et des vannes d’arrêt dans des barrages, parmi bien d’autres solutions encore. Outre un rigoureux travail de précision sur les filetages d’artillerie, les vis à filet d’extrusion et les filetages à pas multiples, l’entreprise produit également de grandes tiges filetées trapézoïdales prêtes à l’emploi et des jeux d’écrous. Tous les matériaux pouvant être usinés peuvent être utilisés pour la fabrication. Pour les tiges filetées, les tailles standards des diamètres vont de 10 mm à 180 mm, et dans des longueurs allant jusqu’à 10 m. Une procédure de fabrication spéciale développée en interne par Bornemann permet d’obtenir des surfaces de filetage de bonne qualité.
L’effet stick-slip et ses conséquences : des bruits désagréables et une usure accrue.
L’effet stick-slip fait partie du quotidien. Lorsque les portes grincent, les pneus couinent sur des rails ou l’essuie-glace accroche sur le pare-brise, cela signifie que le frottement statique est supérieur au frottement dynamique. L’effet stick-slip pose toutefois rapidement un problème dans les applications techniques industrielles : il est le signe d’une usure accrue et d’une mauvaise lubrification des profils de filetage (Figure 3). Dans les cas extrêmes, cela peut également provoquer une soudure à froid de tout le système de vis et d’écrou.


Reibwert µ | Coefficient de frottement μ |
Keine Mikroschmiertaschen | Pas de poches microscopiques |
-77% | -77% |
325 N (0,16 MPa) | 325 N (0,16 MPa) |
Mikroschmiertaschen | Poches microscopiques |
-36 % | -36 % |
650 N (0,32 MPa) | 650 N (0,32 MPa) |
Geschwindigkeit v | Vitesse v |
Keine Mikroschmiertaschen | Pas de poches microscopiques |
Ra = 0,05-0,1 µm | Ra = 0,05-0,1 µm |
Mikroschmiertaschen | Poches microscopiques |
Ra = 0,05-0,1 µm | Ra = 0,05-0,1 µm |
Ap,max = 20µm | Ap,max = 20µm |
Srad =1,5 mm, Stan =0,5 mm | Srad =1,5 mm, Stan =0,5 mm |
Aufbau: | Modèle: |
Tribometer Wazau TRM 5000, Ring-Scheibe | Tribomètre Wazau TRM 5000, disque-bague |
Scheibe 1: | Disque 1: |
D = 82 mm, d= 65 mm, CuAl10Ni5Fe4 | D = 82 mm, d= 65 mm, CuAl10Ni5Fe4 |
Scheibe 2: | Disque 2: |
D = 90 mm, d = 55 mm, Stahl vergütet | D = 90 mm,d = 55 mm,acier trempé |
Schmierstoff: | Lubrifiant: |
Motoröl, 0W30, vollsynthetisch | huile moteur, 0W30, entièrement synthétique |
Geschwindigkeit: | Vitesse: |
0-9 m/s (Rampe) | 0-9 m/s (rampe) |
Last: | Charge: |
325/ 650 N (0,16 ( 0,32 MPa) | 325/ 650 N (0.16 ( 0.32 MPa) |
Fn | Fn |
M(Fr) | M(Fr) |