Calcul de la durée de vie d’un filetage : Rapide, précis, économique, même pour les solutions spéciales

Depuis le début de l’industrialisation, les tiges filetées et les écrous jouent un rôle fondamental. Mais ce qui est surprenant, c’est qu’encore aujourd’hui, les déclarations concernant la durée de vie et l’usure ne sont quasiment pas tenables, alors même que cela pourrait s’avérer essentiel pour garantir la sécurité des investissements. La situation est en train de changer avec le système de test de filetage TriboLife, qui permet de reproduire l’usure rapidement de façon expérimentale et remet ainsi aux oubliettes les onéreux bancs d’essai permanents.

Le frottement génère de la chaleur. Cet état de fait est bien compris, même des personnes n’étant pas ingénieurs. Mais le frottement est également bien autre chose. Plus précisément : le frottement est l’interaction qui s’oppose au mouvement relatif entre deux corps en contact. Le frottement assure le maintien, et permet par exemple qu’après la douche, nous arrivions avec un peu de chance à rester debout sur un carrelage humide.

Les lois de 1699 relatives aux frottements : de nombreuses questions en suspens

Il existe de nombreux cas dans lesquels le frottement est positif. Toutefois, ce qui rend le frottement si ambigu pour les ingénieurs et les applications techniques se voit sur les tiges filetées. Lorsque celles-ci sont montées dans des machines et des installations, elles sont en général soumises à de fortes contraintes, comme cela est le cas dans les systèmes de levage lourd. Dans ces mécanismes de levage, fiabilité et durée de vie sont des éléments fondamentaux. Problème : il est encore difficile pour les scientifiques à l’heure actuelle de calculer précisément les forces de frottement. Les lois relatives aux frottements encore en vigueur aujourd’hui remontent à 1699 et Guillaume Amontons.

Dans les filetages et les machines : le frottement provoque des vibrations

Les effets du frottement dynamique et statique ont des conséquences directes sur les vibrations des pièces, ce qui complique les prévisions de solidité et de durée de vie des filetages. Les chercheurs ont toutefois décidé de s’attaquer de nouveau à ce sujet. Si l’on observe les surfaces de deux parties en frottement au niveau de leurs atomes, les mesures indiquent que ces surfaces subissent des oscillations extrêmes à partir d’une certaine amplitude. Ces oscillations se poursuivent sous forme de vibrations dans le filetage, de façon complètement désordonnée et chaotique au niveau atomique. En d’autres termes : le frottement est et reste difficile à calculer de façon précise. Afin d’avoir des déclarations les plus fiables possibles quant à la résistance et à la durée de vie, il est parfois nécessaire de réaliser des tests de charge concrets et fastidieux s’étalant sur plusieurs semaines. La simulation du vieillissement requiert des ressources, coûte de l’argent et influence la productivité.

« En tant que spécialiste des filetages, on nous interroge évidemment très souvent sur la durée de vie de nos produits », explique Moritz von Soden, directeur de Bornemann Gewindetechnik, « nos ingénieurs expliquent alors toute la complexité du frottement du point de vue de la physique ». Pour les vis trapézoïdales notamment, il n’existe presque aucune méthode de calcul fiable. Toutefois, en collaboration avec l’entreprise SincoTec Test & Engineering GmbH, nous avons réussi à développer une procédure de test permettant de définir de façon très précise et rapide la durée de vie d’un système de vis et d’écrou. »

Système de test de filetage TriboLife : innovant, rapide, précis

Pour les composants utilisés dans la construction mécanique, on commence généralement par calculer la résistance à la fatigue pour en déduire la durée de vie, par exemple une casse du matériau. Mais pour les filetages, le plus important n’est pas la « casse totale » mais plutôt le calcul du frottement. Pour les vis trapézoïdales notamment, la conception ne signifie pas calculer la durée de vie.

Or, TriboLife permet de reproduire de façon expérimentale le processus de vieillissement plus rapidement que jamais encore auparavant. Il devient alors inutile de réaliser des tests de longue durée sur des bancs d’essai internes à l’entreprise. Il est possible de réaliser des précharges de plusieurs tonnes, et d’utiliser différents types de lubrifiants. L’interaction entre l’écrou et la vis filetée est assurée grâce à un angle pouvant être défini de façon libre. De plus, différentes températures peuvent être appliquées pendant le test. TriboLife atteint des fréquences de test de 25 Hertz, ce qui permet de reproduire une usure de 10 ans en une semaine. Le fait de disposer de données fiables relatives au frottement est déjà particulièrement important pour de nombreux constructeurs et leurs innovations, surtout lorsqu’il s’agit de comparer des matériaux et des procédures de fabrication en effectuant plusieurs séries de tests.

Calcul expérimental de la durée de vie des composants de filetages complexes

« Prévoir la durée de vie exacte des filetages reste encore un défi même avec TriboLife. Les possibilités d’application sont toutefois très larges. Ne serait-ce que pour calculer le bon dimensionnement de vis trapézoïdales, ce système de test rapide présente déjà de nombreux avantages », explique l’ingénieur diplômé Steffen Krause, directeur du développement chez SincoTec Test & Engineering GmbH. « En tant que partenaire sur ce projet, Bornemann peut désormais conseiller ses clients exigeants à un nouveau niveau. Rappelez-vous : jusqu’à aujourd’hui, réaliser des tests intensifs de longue durée était trop cher pour la plupart des applications. TriboLife offre plus d’avantages : il permet d’obtenir des déclarations précises sur l’usure et la durée de vie futures même pour les filetages spéciaux.

Vous trouverez plus d’informations à propos de TriboLife sur YouTube:
https://www.youtube.com/watch?v=tA4qDsPSmWk

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 300 mm, et dans des longueurs allant jusqu’à 10 m. Il est également possible de produire de plus grandes longueurs allant jusqu’à 100 m dans des versions en plusieurs parties. Une procédure de fabrication spéciale développée en interne par Bornemann permet d’obtenir des surfaces de filetage de bonne qualité.