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AR Catégorie : Profilométrie | Volume et surface
Inspection des pièces usinées
PIÈCES USINÉES
inspection à partir d'un modèle CAO à l'aide de la profilométrie 3D
Auteur :
Duanjie Li, PhD
Révisé par
Jocelyn Esparza
INTRODUCTION
La demande d'usinage de précision capable de créer des géométries complexes est en hausse dans un large éventail d'industries. Qu'il s'agisse de l'aérospatiale, de la médecine, de l'automobile, des engrenages, des machines ou des instruments de musique, l'innovation et l'évolution continues poussent les attentes et les normes de précision vers de nouveaux sommets. Par conséquent, nous constatons une augmentation de la demande de techniques et d'instruments d'inspection rigoureux afin de garantir la plus haute qualité des produits.
Importance de la profilométrie 3D sans contact pour le contrôle des pièces
La comparaison des propriétés des pièces usinées avec leurs modèles CAO est essentielle pour vérifier les tolérances et le respect des normes de production. L'inspection pendant la période de service est également cruciale, car l'usure des pièces peut nécessiter leur remplacement. L'identification en temps utile de tout écart par rapport aux spécifications requises permet d'éviter des réparations coûteuses, des arrêts de production et une réputation ternie.
Contrairement à une technique de palpage, le NANOVEA Profilers optiques effectuez des numérisations de surfaces 3D sans contact, permettant des mesures rapides, précises et non destructives de formes complexes avec la plus haute précision.
OBJECTIF DE MESURE
Dans cette application, nous présentons le NANOVEA HS2000, un profileur 3D sans contact doté d'un capteur à grande vitesse, qui effectue une inspection complète de la dimension, du rayon et de la rugosité de la surface.
Le tout en moins de 40 secondes.
NANOVEA
HS2000
MODÈLE DE CAO
Une mesure précise de la dimension et de la rugosité de surface de la pièce usinée est essentielle pour s'assurer qu'elle répond aux spécifications, tolérances et finitions de surface souhaitées. Le modèle 3D et le dessin technique de la pièce à inspecter sont présentés ci-dessous.
VUE EN FAUSSE COULEUR
La vue en fausses couleurs du modèle CAO et la surface de la pièce usinée scannée sont comparées dans la FIGURE 3. La variation de hauteur sur la surface de l'échantillon peut être observée par le changement de couleur.
Trois profils 2D sont extraits du balayage de la surface 3D, comme indiqué sur la FIGURE 2, afin de vérifier davantage la tolérance dimensionnelle de la pièce usinée.
COMPARAISON DES PROFILS ET RÉSULTATS
Les profils 1 à 3 sont illustrés aux FIGURES 3 à 5. Un contrôle quantitatif de la tolérance est effectué en comparant le profil mesuré avec le modèle CAO afin de respecter des normes de fabrication rigoureuses. Le profil 1 et le profil 2 mesurent le rayon de différentes zones sur la pièce usinée incurvée. La variation de hauteur du profil 2 est de 30 µm sur une longueur de 156 mm, ce qui répond à l'exigence de tolérance souhaitée de ±125 µm.
En définissant une valeur limite de tolérance, le logiciel d'analyse peut déterminer automatiquement la réussite ou l'échec de la pièce usinée.
La rugosité et l'uniformité de la surface de la pièce usinée jouent un rôle important pour garantir sa qualité et sa fonctionnalité. La FIGURE 6 est une surface extraite du scan parent de la pièce usinée qui a été utilisée pour quantifier l'état de surface. La rugosité moyenne de la surface (Sa) a été calculée à 2,31 µm.
CONCLUSION
Dans cette étude, nous avons montré comment le profileur sans contact NANOVEA HS2000, équipé d'un capteur à haute vitesse, effectue un contrôle complet des dimensions et de la rugosité de la surface.
Les scans haute résolution permettent aux utilisateurs de mesurer la morphologie détaillée et les caractéristiques de surface des pièces usinées et de les comparer quantitativement avec leurs modèles CAO. L'instrument est également capable de détecter tous les défauts, y compris les rayures et les fissures.
L'analyse avancée des contours est un outil inégalé qui permet non seulement de déterminer si les pièces usinées répondent aux spécifications définies, mais aussi d'évaluer les mécanismes de défaillance des composants usés.
Les données présentées ici ne représentent qu'une partie des calculs possibles avec le logiciel d'analyse avancé qui est fourni avec chaque profileur optique NANOVEA.
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Essai d'usure du bloc sur la bague
IMPORTANCE DE L'ÉVALUATION DE L'USURE DU BLOC SUR LA BAGUE
L'usure par glissement est la perte progressive de matière qui résulte du glissement de deux matériaux l'un contre l'autre au niveau de la zone de contact sous charge. Elle se produit inévitablement dans une grande variété d'industries où des machines et des moteurs sont en fonctionnement, notamment dans l'automobile, l'aérospatiale, le pétrole et le gaz et bien d'autres encore. Ce mouvement de glissement provoque une usure mécanique importante et un transfert de matière à la surface, ce qui peut entraîner une réduction de l'efficacité de la production, des performances de la machine ou même des dommages à la machine.
L'usure par glissement implique souvent des mécanismes d'usure complexes se produisant au niveau de la surface de contact, tels que l'usure par adhérence, l'abrasion à deux corps, l'abrasion à trois corps et l'usure par fatigue. Le comportement à l'usure des matériaux est fortement influencé par l'environnement de travail, comme la charge normale, la vitesse, la corrosion et la lubrification. Un polyvalent tribomètre capable de simuler différentes conditions de travail réalistes sera idéal pour l’évaluation de l’usure.
Le test Block-on-Ring (ASTM G77) est une technique largement utilisée qui évalue les comportements d'usure par glissement des matériaux dans différentes conditions simulées et permet un classement fiable des couples de matériaux pour des applications tribologiques spécifiques.
Le test Block-on-Ring (ASTM G77) est une technique largement utilisée qui évalue les comportements d'usure par glissement des matériaux dans différentes conditions simulées et permet un classement fiable des couples de matériaux pour des applications tribologiques spécifiques.
OBJECTIF DE MESURE
Dans cette application, le testeur mécanique de Nanovea mesure l'YS et l'UTS d'échantillons d'acier inoxydable SS304 et d'alliage métallique d'aluminium Al6061. Les échantillons ont été choisis pour leurs valeurs YS et UTS communément reconnues, montrant la fiabilité des méthodes d'indentation de Nanovea.
Le comportement à l'usure par glissement d'un bloc H-30 sur un anneau S-10 a été évalué par le tribomètre de Nanovea utilisant le module Block-on-Ring. Le bloc H-30 est fabriqué en acier à outils 01 d'une dureté de 30HRC, tandis que l'anneau S-10 est en acier de type 4620 d'une dureté de surface de 58 à 63 HRC et d'un diamètre d'anneau d'environ 34,98 mm. Des tests Block-on-Ring ont été effectués dans des environnements secs et lubrifiés pour étudier l'effet sur le comportement à l'usure. Des tests de lubrification ont été effectués avec de l'huile minérale lourde USP. La trace d'usure a été examinée à l'aide du système Nanovea Profilomètre 3D sans contact. Les paramètres de test sont résumés dans le tableau 1. Le taux d'usure (K) a été évalué à l'aide de la formule K = V/(F × s), où V est le volume usé, F est la charge normale et s est la distance de glissement.
RÉSULTATS ET DISCUSSION
La figure 2 compare le coefficient de frottement (COF) des tests Block-on-Ring dans des environnements secs et lubrifiés. Le bloc présente nettement plus de friction dans un environnement sec que dans un environnement lubrifié. COF
fluctue pendant la période de rodage au cours des 50 premiers tours et atteint un COF constant d'environ 0,8 pour le reste de l'essai d'usure de 200 tours. En comparaison, le test Block-on-Ring effectué dans le cadre de la lubrification à l'huile minérale lourde USP présente un faible COF constant de 0,09 tout au long du test d'usure de 500 000 tours. Le lubrifiant réduit considérablement le COF entre les surfaces d'environ 90 fois.
Les figures 3 et 4 montrent les images optiques et les profils 2D en coupe transversale des traces d'usure sur les blocs après les essais d'usure à sec et lubrifiés. Les volumes des traces d'usure et les taux d'usure sont indiqués dans le tableau 2. Le bloc d'acier après l'essai d'usure à sec à une vitesse de rotation inférieure de 72 tr/min pendant 200 tours présente un grand volume de cicatrices d'usure de 9,45 mm˙. En comparaison, l'essai d'usure réalisé à une vitesse plus élevée de 197 rpm pour 500 000 révolutions dans le lubrifiant à base d'huile minérale crée un volume de traces d'usure sensiblement plus petit de 0,03 mm˙.
Les images de la ÿgure 3 montrent qu'une usure sévère a lieu pendant les tests dans les conditions sèches par rapport à l'usure légère du test d'usure lubrifié. La chaleur élevée et les vibrations intenses générées pendant le test d'usure à sec favorisent l'oxydation des débris métalliques, ce qui entraîne une abrasion sévère des trois corps. Dans l'essai lubrifié, l'huile minérale réduit la friction et refroidit la face de contact tout en transportant les débris abrasifs créés par l'usure. Cela conduit à une réduction signiÿcative du taux d'usure par un facteur de ~8×10ˆ. Une telle di˛erence substantielle dans la résistance à l'usure dans des environnements di˛erents montre l'importance d'une simulation appropriée de l'usure par glissement dans des conditions de service réalistes.
Le comportement de l'usure peut changer radicalement lorsque de petits changements sont introduits dans les conditions d'essai. La polyvalence du tribomètre de Nanovea permet de mesurer l'usure dans des conditions de haute température, de lubrification et de tribocorrosion. Le contrôle précis de la vitesse et de la position par le moteur avancé permet d'effectuer des tests d'usure à des vitesses allant de 0,001 à 5000 tr/min, ce qui en fait un outil idéal pour les laboratoires de recherche/essai pour étudier l'usure dans des conditions tribologiques di˛erentes.
L'état de surface des échantillons a été examiné par le proÿlomètre optique sans contact de Nanovea. La figure 5 montre la morphologie de la surface des anneaux après les tests d'usure. La forme cylindrique est enlevée pour mieux présenter la morphologie de la surface et la rugosité créée par le processus d'usure par glissement. Une rugosité de surface significative a eu lieu en raison du processus d'abrasion à trois corps pendant l'essai d'usure à sec de 200 tours. Le bloc et la bague après l'essai d'usure à sec présentent une rugosité Ra de 14,1 et 18,1 µm, respectivement, contre 5,7 et 9,1 µm pour l'essai d'usure lubrifié à long terme de 500 000 tours à une vitesse plus élevée. Ce test démontre l'importance d'une lubrification correcte du contact entre le piston et le cylindre. Une usure importante endommage rapidement la surface de contact sans lubrification et entraîne une détérioration irréversible de la qualité de service, voire la casse du moteur.
CONCLUSION
Dans cette étude, nous montrons comment le tribomètre de Nanovea est utilisé pour évaluer le comportement à l'usure par glissement d'un couple acier-métal à l'aide du module Block-on-Ring conforme à la norme ASTM G77. Le lubrifiant joue un rôle essentiel dans les propriétés d’usure du couple de matériaux. L'huile minérale réduit le taux d'usure du bloc H-30 d'un facteur d'environ 8 × 10 et le COF d'environ 90 fois. La polyvalence du tribomètre de Nanovea en fait un outil idéal pour mesurer le comportement à l'usure dans diverses conditions de lubrification, de température élevée et de tribocorrosion.
Le tribomètre de Nanovea propose des tests d'usure et de friction précis et reproductibles en utilisant les modes rotatif et linéaire conformes aux normes ISO et ASTM, avec des modules optionnels d'usure à haute température, de lubrification et de tribocorrosion disponibles dans un système pré-intégré. La gamme inégalée de Nanovea est une solution idéale pour déterminer la gamme complète des propriétés tribologiques des revêtements, films et substrats fins ou épais, souples ou durs.
MAINTENANT, PARLONS DE VOTRE CANDIDATURE
Tribologie des charges dynamiques
Tribologie des charges dynamiques
Introduction
L'usure se produit dans pratiquement tous les secteurs industriels et impose des coûts de ~0,75% du PIB1. La recherche en tribologie est essentielle pour améliorer l'efficacité de la production, les performances des applications, ainsi que la conservation des matériaux, de l'énergie et de l'environnement. Les vibrations et les oscillations sont inévitables dans un large éventail d'applications tribologiques. Des vibrations externes excessives accélèrent le processus d'usure et réduisent les performances de service, ce qui entraîne des défaillances catastrophiques des pièces mécaniques.
Les tribomètres conventionnels à charge morte appliquent des charges normales par des poids de masse. Une telle technique de chargement limite non seulement les options de chargement à une charge constante, mais elle crée également des vibrations intenses et incontrôlées à des charges et des vitesses élevées, ce qui conduit à des évaluations limitées et incohérentes du comportement d'usure. Une évaluation fiable de l'effet des oscillations contrôlées sur le comportement d'usure des matériaux est souhaitable pour la R&D et le CQ dans différentes applications industrielles.
La charge élevée révolutionnaire de Nanovea tribomètre a une capacité de charge maximale de 2000 N avec un système de contrôle de charge dynamique. Le système avancé de chargement pneumatique à air comprimé permet aux utilisateurs d'évaluer le comportement tribologique d'un matériau sous des charges normales élevées avec l'avantage d'amortir les vibrations indésirables créées pendant le processus d'usure. Par conséquent, la charge est mesurée directement sans avoir besoin des ressorts tampons utilisés dans les conceptions plus anciennes. Un module de charge oscillant à électro-aimant parallèle applique une oscillation bien contrôlée d'amplitude souhaitée jusqu'à 20 N et de fréquence jusqu'à 150 Hz.
La friction est mesurée avec une grande précision directement à partir de la force latérale appliquée au support supérieur. Le déplacement est surveillé in situ, ce qui donne un aperçu de l'évolution du comportement à l'usure des échantillons d'essai. Le test d'usure sous charge d'oscillation contrôlée peut également être effectué dans des environnements de corrosion, de température élevée, d'humidité et de lubrification pour simuler les conditions de travail réelles pour les applications tribologiques. Un haut débit intégré profilomètre sans contact mesure automatiquement la morphologie des traces d'usure et le volume d'usure en quelques secondes.
Objectif de la mesure
Dans cette étude, nous démontrons la capacité du tribomètre à charge dynamique Nanovea T2000 à étudier le comportement tribologique de différents échantillons de revêtement et de métal dans des conditions de charge d'oscillation contrôlée.
Procédure d'essai
Le comportement tribologique, par exemple le coefficient de friction, COF, et la résistance à l'usure d'un revêtement résistant à l'usure de 300 µm d'épaisseur a été évalué et comparé par le tribomètre Nanovea T2000 avec un tribomètre conventionnel à charge morte utilisant une configuration broche sur disque selon ASTM G992.
Des échantillons séparés recouverts de Cu et de TiN contre une bille d'Al₂0₃ de 6 mm sous oscillation contrôlée ont été évalués par le mode de tribologie de charge dynamique du tribomètre Nanovea T2000.
Les paramètres de l'essai sont résumés dans le tableau 1.
Le profilomètre 3D intégré, équipé d'un capteur de ligne, scanne automatiquement la piste d'usure après les essais, fournissant ainsi la mesure la plus précise du volume d'usure en quelques secondes.
Résultats et discussion
Système de chargement pneumatique vs. système de chargement mort
Le comportement tribologique d'un revêtement résistant à l'usure en utilisant le tribomètre Nanovea T2000 est comparé à un tribomètre conventionnel à charge morte (DL). L'évolution du COF du revêtement est présentée à la Fig. 2. Nous observons que le revêtement présente une valeur COF comparable de ~0.6 pendant le test d'usure. Cependant, les 20 profils de section transversale à différents endroits de la piste d'usure de la Fig. 3 indiquent que le revêtement a subi une usure beaucoup plus sévère sous le système de charge morte.
Des vibrations intenses ont été générées par le processus d'usure du système de charge morte à charge et vitesse élevées. La pression massive concentrée au niveau de la face de contact, combinée à une vitesse de glissement élevée, crée des vibrations importantes au niveau du poids et de la structure, entraînant une usure accélérée. Le tribomètre conventionnel à charge morte applique la charge à l'aide de poids de masse. Cette méthode est fiable pour des charges de contact faibles dans des conditions d'usure légères ; cependant, dans des conditions d'usure agressives à des charges et des vitesses plus élevées, les vibrations importantes font rebondir les poids de manière répétée, ce qui donne une trace d'usure irrégulière et une évaluation tribologique peu fiable. Le taux d'usure calculé est de 8,0±2,4 x 10-4 mm3/N m, ce qui montre un taux d'usure élevé et un écart-type important.
Le tribomètre Nanovea T2000 est conçu avec un système de chargement à contrôle dynamique pour amortir les oscillations. Il applique la charge normale avec de l'air comprimé, ce qui minimise les vibrations indésirables créées pendant le processus d'usure. En outre, le contrôle actif de la charge en boucle fermée garantit qu'une charge constante est appliquée tout au long de l'essai d'usure et que le stylet suit le changement de profondeur de la trace d'usure. Un profil de piste d'usure nettement plus cohérent est mesuré, comme le montre la figure 3a, ce qui se traduit par un faible taux d'usure de 3,4±0,5 x 10-4 mm3/N m.
L'analyse de la trace d'usure présentée à la figure 4 confirme que l'essai d'usure effectué par le système de chargement pneumatique à air comprimé du tribomètre Nanovea T2000 crée une trace d'usure plus lisse et plus cohérente par rapport au tribomètre conventionnel à charge morte. En outre, le tribomètre Nanovea T2000 mesure le déplacement du stylet pendant le processus d'usure, ce qui donne un aperçu supplémentaire de la progression du comportement d'usure in situ.
Oscillation contrôlée sur l'usure de l'échantillon de Cu
Le module d'électroaimant de charge à oscillation parallèle du tribomètre Nanovea T2000 permet aux utilisateurs d'étudier l'effet des oscillations à amplitude et fréquence contrôlées sur le comportement d'usure des matériaux. Le COF des échantillons de Cu est enregistré in situ comme le montre la figure 6. L'échantillon de Cu présente un COF constant de ~0,3 pendant la première mesure de 330 révolutions, ce qui signifie la formation d'un contact stable à l'interface et une piste d'usure relativement lisse. Lorsque le test d'usure se poursuit, la variation du COF indique un changement dans le mécanisme d'usure. En comparaison, les essais d'usure sous une oscillation contrôlée par une amplitude de 5 N à 50 N présentent un comportement d'usure différent : le COF augmente rapidement au début du processus d'usure, et montre une variation significative tout au long de l'essai d'usure. Ce comportement du COF indique que l'oscillation imposée dans la charge normale joue un rôle dans l'état de glissement instable au niveau du contact.
La figure 7 compare la morphologie des traces d'usure mesurées par le profilomètre optique sans contact intégré. On peut observer que l'échantillon de Cu soumis à une amplitude d'oscillation contrôlée de 5 N présente une trace d'usure beaucoup plus grande avec un volume de 1,35 x 109 µm3, comparé à 5,03 x 108 µm3 sans oscillation imposée. L'oscillation contrôlée accélère significativement la vitesse d'usure par un facteur de ~2.7, montrant l'effet critique de l'oscillation sur le comportement d'usure.
Oscillation contrôlée sur l'usure du revêtement de TiN
Le COF et les traces d'usure de l'échantillon de revêtement TiN sont présentés à la Fig. 8. Le revêtement TiN présente des comportements d'usure très différents sous oscillation, comme l'indique l'évolution du COF pendant les tests. Le revêtement TiN présente un COF constant de ~0,3 après la période de rodage au début du test d'usure, en raison du contact glissant stable à l'interface entre le revêtement TiN et la bille en Al₂O₃. Cependant, lorsque le revêtement TiN commence à céder, la bille Al₂O₃ pénètre à travers le revêtement et glisse contre le substrat en acier frais situé en dessous. Une quantité importante de débris de revêtement TiN dur est générée dans la piste d'usure au même moment, transformant une usure par glissement stable à deux corps en une usure par abrasion à trois corps. Un tel changement des caractéristiques du couple de matériaux conduit à des variations accrues de l'évolution du COF. L'oscillation imposée de 5 N et 10 N accélère la rupture du revêtement TiN de ~400 révolutions à moins de 100 révolutions. Les traces d'usure plus importantes sur les échantillons de revêtement TiN après les tests d'usure sous oscillation contrôlée sont en accord avec un tel changement de COF.
Conclusion
Le système de chargement pneumatique avancé du tribomètre Nanovea T2000 possède un avantage intrinsèque en tant qu'amortisseur de vibrations naturellement rapide par rapport aux systèmes traditionnels de charge morte. Cet avantage technologique des systèmes pneumatiques est vrai par rapport aux systèmes à charge contrôlée qui utilisent une combinaison de servomoteurs et de ressorts pour appliquer la charge. Cette technologie garantit une évaluation fiable et mieux contrôlée de l'usure à des charges élevées, comme le démontre cette étude. En outre, le système de chargement actif en boucle fermée peut modifier la charge normale à une valeur souhaitée pendant les tests d'usure afin de simuler les applications réelles observées dans les systèmes de freinage.
Au lieu de subir l'influence de conditions de vibrations non contrôlées pendant les essais, nous avons montré que le tribomètre à charge dynamique Nanovea T2000 permet aux utilisateurs d'évaluer quantitativement les comportements tribologiques des matériaux dans différentes conditions d'oscillations contrôlées. Les vibrations jouent un rôle important dans le comportement d'usure des échantillons de revêtement en métal et en céramique.
Le module de chargement oscillant à électroaimant parallèle fournit des oscillations contrôlées avec précision à des amplitudes et des fréquences définies, permettant aux utilisateurs de simuler le processus d'usure dans des conditions réelles où les vibrations environnementales sont souvent un facteur important. En présence d'oscillations imposées pendant l'usure, les échantillons de revêtement en Cu et en TiN présentent tous deux un taux d'usure considérablement accru. L'évolution du coefficient de friction et le déplacement du stylet mesurés in situ sont des indicateurs importants de la performance du matériau pendant les applications tribologiques. Le profilomètre 3D sans contact intégré offre un outil permettant de mesurer précisément le volume d'usure et d'analyser la morphologie détaillée des traces d'usure en quelques secondes, ce qui permet de mieux comprendre les mécanismes fondamentaux de l'usure.
Le T2000 est équipé d'un moteur auto-réglable, de haute qualité et à couple élevé, avec une vitesse interne de 20 bits et un codeur de position externe de 16 bits. Il permet au tribomètre de fournir une gamme inégalée de vitesses de rotation de 0,01 à 5000 tr/min qui peuvent changer par bonds ou en continu. Contrairement aux systèmes qui utilisent un capteur de couple situé en bas, le tribomètre Nanovea utilise une cellule de charge de haute précision située en haut pour mesurer avec précision et séparément les forces de friction.
Les tribomètres Nanovea offrent des essais d'usure et de friction précis et répétables en utilisant des modes rotatifs et linéaires conformes aux normes ISO et ASTM (y compris les essais à 4 billes, à rondelle de butée et à bloc sur bague), avec des modules optionnels d'usure à haute température, de lubrification et de tribo-corrosion disponibles dans un système pré-intégré. La gamme inégalée du Nanovea T2000 est une solution idéale pour déterminer la gamme complète des propriétés tribologiques des revêtements, films et substrats minces ou épais, mous ou durs.
MAINTENANT, PARLONS DE VOTRE CANDIDATURE
Tribologie des polymères
Introduction
Les polymères ont été largement utilisés dans une grande variété d'applications et sont devenus un élément indispensable de la vie quotidienne. Les polymères naturels tels que l'ambre, la soie et le caoutchouc naturel ont joué un rôle essentiel dans l'histoire de l'humanité. Le processus de fabrication des polymères synthétiques peut être optimisé pour obtenir des propriétés physiques uniques telles que la résistance, la viscoélasticité, l'autolubrification et bien d'autres encore.
Importance de l'usure et de la friction des polymères
Les polymères sont couramment utilisés pour des applications tribologiques, comme les pneus, les roulements et les bandes transporteuses.
Différents mécanismes d'usure se produisent en fonction des propriétés mécaniques du polymère, des conditions de contact et des propriétés des débris ou du film de transfert formés au cours du processus d'usure. Pour s'assurer que les polymères possèdent une résistance à l'usure suffisante dans les conditions de service, une évaluation tribologique fiable et quantifiable est nécessaire. L'évaluation tribologique nous permet de comparer quantitativement les comportements d'usure de différents polymères de manière contrôlée et surveillée afin de sélectionner le matériau candidat pour l'application visée.
Le tribomètre Nanovea offre des tests d'usure et de friction répétables en utilisant des modes rotatifs et linéaires conformes aux normes ISO et ASTM, avec des modules optionnels d'usure et de lubrification à haute température disponibles dans un système pré-intégré. Cette gamme inégalée permet aux utilisateurs de simuler les différents environnements de travail des polymères, y compris les contraintes concentrées, l'usure et les hautes températures, etc.
OBJECTIF DE MESURE
Dans cette étude, nous avons montré que le Nanovea Tribomètre est un outil idéal pour comparer le frottement et la résistance à l’usure de différents polymères de manière bien contrôlée et quantitative.
PROCÉDURE DE TEST
Le coefficient de frottement (COF) et la résistance à l'usure de différents polymères courants ont été évalués par le Tribomètre Nanovea. Une bille d'Al2O3 a été utilisée comme contre-matériau (broche, échantillon statique). Les traces d'usure sur les polymères (échantillons en rotation dynamique) ont été mesurées à l'aide d'un profilomètre 3D sans contact et microscope optique une fois les tests terminés. Il convient de noter qu’un capteur endoscopique sans contact peut être utilisé en option pour mesurer la profondeur de pénétration de la broche dans l’échantillon dynamique lors d’un test d’usure. Les paramètres de test sont résumés dans le tableau 1. Le taux d'usure, K, a été évalué à l'aide de la formule K = Vl (Fxs), où V est le volume usé, F est la charge normale et s est la distance de glissement.
Veuillez noter que des billes d'Al2O3 ont été utilisées comme contre-matériau dans cette étude. Tout matériau solide peut être substitué pour simuler plus fidèlement les performances de deux spécimens dans des conditions d'application réelles.
RÉSULTATS ET DISCUSSION
La vitesse d'usure est un facteur vital pour déterminer la durée de vie des matériaux, tandis que le frottement joue un rôle critique dans les applications tribologiques. La figure 2 compare l'évolution du COF pour différents polymères contre la bille en Al2O3 pendant les tests d'usure. Le COF fonctionne comme un indicateur du moment où les défaillances se produisent et où le processus d'usure entre dans une nouvelle phase. Parmi les polymères testés, le PEHD maintient le COF constant le plus bas de ~0,15 tout au long du test d'usure. Le COF régulier implique qu'un tribo-contact stable est formé.
Les figures 3 et 4 comparent les traces d'usure des échantillons de polymère après leur mesure au microscope optique. Le profilomètre 3D sans contact in situ détermine précisément le volume d'usure des échantillons de polymère, ce qui permet de calculer avec exactitude des taux d'usure de 0,0029, 0,0020 et 0,0032m3/N m, respectivement. En comparaison, l'échantillon de CPVC présente le taux d'usure le plus élevé de 0,1121m3/N m. De profondes cicatrices d'usure parallèles sont présentes dans la trace d'usure du CPVC.
CONCLUSION
La résistance à l'usure des polymères joue un rôle essentiel dans leur performance de service. Dans cette étude, nous avons montré que le tribomètre Nanovea évalue le coefficient de frottement et le taux d'usure de différents polymères dans un environnement de travail.
de manière bien contrôlée et quantitative. Le HDPE montre le COF le plus bas de ~0.15 parmi les polymères testés. Les échantillons de PEHD, de Nylon 66 et de polypropylène possèdent de faibles taux d'usure de 0,0029, 0,0020 et 0,0032 m3/N m, respectivement. La combinaison d'une faible friction et d'une grande résistance à l'usure fait du HDPE un bon candidat pour les applications tribologiques des polymères.
Le profilomètre 3D sans contact in situ permet de mesurer avec précision le volume d'usure et offre un outil pour analyser la morphologie détaillée des traces d'usure, ce qui permet de mieux comprendre les mécanismes fondamentaux de l'usure.
MAINTENANT, PARLONS DE VOTRE CANDIDATURE
Finition de surface des panneaux en nid d'abeille avec la profilométrie 3D
INTRODUCTION
La rugosité, la porosité et la texture de la surface du panneau en nid d'abeille sont essentielles à quantifier pour la conception finale du panneau. Ces qualités de surface sont en corrélation directe avec les caractéristiques esthétiques et fonctionnelles de la surface du panneau. Une meilleure compréhension de la texture et de la porosité de la surface peut aider à optimiser le traitement et la fabrication de la surface du panneau. Une mesure quantitative, précise et fiable de la surface du panneau en nid d'abeille est nécessaire pour contrôler les paramètres de surface en fonction des exigences d'application et de peinture. Les capteurs Nanovea 3D sans contact utilisent une technologie confocale chromatique unique capable de mesurer précisément la surface de ces panneaux.
OBJECTIF DE MESURE
Dans cette étude, la plateforme Nanovea HS2000 équipée d'un capteur de ligne à grande vitesse a été utilisée pour mesurer et comparer deux panneaux en nid d'abeille avec des finitions de surface différentes. Nous présentons le Nanovea profilomètre sans contactLa capacité de fournit des mesures de profilage 3D rapides et précises et une analyse complète et approfondie de l'état de surface.
RÉSULTATS ET DISCUSSION
La surface de deux échantillons de panneaux en nid d'abeille avec des finitions de surface variées, à savoir l'échantillon 1 et l'échantillon 2, a été mesurée. La fausse couleur et la vue 3D des surfaces des échantillons 1 et 2 sont présentées respectivement sur la Figure 3 et la Figure 4. Les valeurs de rugosité et de planéité ont été calculées par un logiciel d'analyse avancé et sont comparées dans le tableau 1. L'échantillon 2 présente une surface plus poreuse que l'échantillon 1. Par conséquent, l'échantillon 2 possède une rugosité Sa plus élevée de 14,7 µm, par rapport à une valeur Sa de 4,27 µm pour l'échantillon 1.
Les profils 2D des surfaces des panneaux en nid d'abeille ont été comparés dans la Figure 5, permettant aux utilisateurs d'avoir une comparaison visuelle de la variation de hauteur à différents endroits de la surface de l'échantillon. Nous pouvons observer que l'échantillon 1 présente une variation de hauteur de ~25 µm entre le pic le plus élevé et la vallée la plus basse. D'autre part, l'échantillon 2 présente plusieurs pores profonds sur le profil 2D. Le logiciel d'analyse avancée a la capacité de localiser et de mesurer automatiquement la profondeur de six pores relativement profonds, comme le montre le tableau de la figure 4.b de l'échantillon 2. Le pore le plus profond parmi les six possède une profondeur maximale de près de 90 µm (étape 4).
Pour approfondir la taille et la distribution des pores de l'échantillon 2, une évaluation de la porosité a été réalisée et discutée dans la section suivante. La vue en coupe est présentée sur la Figure 5 et les résultats sont résumés dans le Tableau 2. Nous pouvons observer que les pores, marqués en bleu sur la Figure 5, ont une distribution relativement homogène sur la surface de l'échantillon. La surface projetée des pores constitue 18.9% de la surface totale de l'échantillon. Le volume par mm² de l'ensemble des pores est de ~0.06 mm³. Les pores ont une profondeur moyenne de 42,2 µm, et la profondeur maximale est de 108,1 µm.
CONCLUSION
Dans cette application, nous avons montré que la plateforme Nanovea HS2000 équipée d'un capteur linéaire à haute vitesse est un outil idéal pour analyser et comparer la finition de surface des échantillons de panneaux en nid d'abeille de manière rapide et précise. Les scans de profilométrie haute résolution associés à un logiciel d'analyse avancé permettent une évaluation complète et quantitative de la finition de surface des échantillons de panneaux en nid d'abeille.
Les données présentées ici ne représentent qu'une petite partie des calculs disponibles dans le logiciel d'analyse. Les profilomètres Nanovea mesurent pratiquement n'importe quelle surface pour une large gamme d'applications dans les industries des semi-conducteurs, de la microélectronique, du solaire, des fibres optiques, de l'automobile, de l'aérospatiale, de la métallurgie, de l'usinage, des revêtements, de la pharmacie, du biomédical, de l'environnement et bien d'autres.
MAINTENANT, PARLONS DE VOTRE CANDIDATURE
Comprendre les défaillances des revêtements à l'aide d'essais de rayure
Introduction :
L'ingénierie de surface des matériaux joue un rôle important dans une variété d'applications fonctionnelles, allant de l'aspect décoratif à la protection des substrats contre l'usure, la corrosion et d'autres formes d'attaques. Un facteur important et primordial qui détermine la qualité et la durée de vie des revêtements est leur force de cohésion et d'adhésion.
Usure rotative ou linéaire et COF ? (Une étude complète utilisant le tribomètre Nanovea)
L'usure est le processus d'enlèvement et de déformation d'un matériau sur une surface résultant de l'action mécanique de la surface opposée. Il est influencé par divers facteurs, notamment le glissement unidirectionnel, le roulement, la vitesse, la température et bien d'autres. L'étude de l'usure, la tribologie, couvre de nombreuses disciplines, de la physique et de la chimie au génie mécanique et à la science des matériaux. La nature complexe de l'usure nécessite des études isolées sur des mécanismes ou processus d'usure spécifiques, tels que l'usure adhésive, l'usure abrasive, la fatigue de surface, l'usure par frottement et l'usure érosive. Cependant, « l’usure industrielle » implique généralement plusieurs mécanismes d’usure se produisant en synergie.
Les tests d'usure linéaires alternatifs et rotatifs (broche sur disque) sont deux configurations largement utilisées conformes à la norme ASTM pour mesurer le comportement d'usure par glissement des matériaux. Étant donné que la valeur du taux d'usure de toute méthode de test d'usure est souvent utilisée pour prédire le classement relatif des combinaisons de matériaux, il est extrêmement important de confirmer la répétabilité du taux d'usure mesuré à l'aide de différentes configurations de test. Cela permet aux utilisateurs d’examiner attentivement la valeur du taux d’usure rapportée dans la littérature, ce qui est essentiel pour comprendre les caractéristiques tribologiques des matériaux.
Caractérisation à grande vitesse d'une coquille d'huître
Les grands échantillons à géométrie complexe peuvent s'avérer difficiles à travailler en raison de la préparation de l'échantillon, de sa taille, des angles aigus et de la courbure. Dans cette étude, une coquille d'huître sera scannée pour démontrer la capacité du capteur linéaire Nanovea HS2000 à scanner un grand échantillon biologique à géométrie complexe. Bien qu'un échantillon biologique ait été utilisé dans cette étude, les mêmes concepts peuvent être appliqués à d'autres échantillons.
Inspection du fini de surface des parquets en bois
Importance du profilage des finitions du bois
Dans diverses industries, l'objectif d'une finition du bois est de protéger la surface du bois contre divers types de dommages tels que chimiques, mécaniques ou biologiques et/ou de fournir une esthétique visuelle spécifique. Pour les fabricants comme pour les acheteurs, la quantification des caractéristiques de surface des finitions du bois peut être vitale pour le contrôle de la qualité ou l'optimisation des processus de finition du bois. Dans cette application, nous allons explorer les différentes caractéristiques de surface qui peuvent être quantifiées à l'aide d'un profilomètre sans contact Nanovea 3D.
Quantifier la quantité de rugosité et de texture qui existe sur une surface en bois peut être essentiel à connaître afin de s'assurer qu'elle peut répondre aux exigences de son application. En affinant le processus de finition ou en vérifiant la qualité des surfaces en bois sur la base d'une méthode d'inspection de surface quantifiable, reproductible et fiable, les fabricants pourraient créer des traitements de surface contrôlés et les acheteurs pourraient inspecter et sélectionner les matériaux en bois en fonction de leurs besoins.
Objectif de la mesure
Dans cette étude, le Nanovea HS2000 à grande vitesse profilomètre équipé d'un capteur de ligne de profilage sans contact a été utilisé pour mesurer et comparer la finition de surface de trois échantillons de revêtement de sol : bois dur de bouleau antique, chêne gris Courtship et acajou Santos. Nous présentons la capacité du profilomètre sans contact Nanovea à fournir à la fois vitesse et précision lors de la mesure de trois types de surfaces et d'une analyse approfondie et complète des scans.
Procédure d'essai et procédures
Résultats et discussion
Description de l'échantillon : Les revêtements de sol Courtship Grey Oak et Santos Mahogany sont des revêtements de sol stratifiés. Courtship Grey Oak est un échantillon gris ardoise texturé, peu brillant, avec un fini EIR. L'acajou Santos est un échantillon bourgogne foncé lustré qui a été préfini. Le bois dur Antique Birch a un fini à l'oxyde d'aluminium à 7 couches, offrant une protection contre l'usure quotidienne.
Bois dur de bouleau antique
Chêne gris de la cour
Acajou Santos
Discussion
Il existe une distinction claire entre les valeurs Sa de tous les échantillons. Le plus lisse était le bois dur de bouleau antique avec une Sa de 1,716 µm, suivi de l'acajou Santos avec une Sa de 2,388 µm, et augmentant significativement pour le chêne gris Courtship avec une Sa de 11,17 µm. Les valeurs P et R sont également des valeurs de rugosité courantes qui peuvent être utilisées pour évaluer la rugosité de profils spécifiques le long de la surface. Le chêne gris Courtship possède une texture grossière avec des caractéristiques semblables à des fissures le long de la direction des cellules et des fibres du bois. Une analyse supplémentaire a été effectuée sur l'échantillon de Chêne Gris Courtship en raison de sa surface texturée. Sur l'échantillon de chêne gris Courtship, des tranches ont été utilisées pour séparer et calculer la profondeur et le volume des fissures de la surface uniforme plus plate.
Conclusion
Dans cette application, nous avons montré comment le profilomètre à grande vitesse Nanovea HS2000 peut être utilisé pour inspecter la finition de surface des échantillons de bois de manière efficace et efficiente. Les mesures de la finition de surface peuvent s'avérer importantes pour les fabricants et les consommateurs de parquets en bois dur, car elles leur permettent de comprendre comment améliorer un processus de fabrication ou de choisir le produit le plus performant pour une application spécifique.
MAINTENANT, PARLONS DE VOTRE CANDIDATURE
Essai d'usure du bois avec le tribomètre Nanovea
Importance de comparer l'usure de la finition du bois et le COF
Le bois est utilisé depuis des milliers d’années comme matériau de construction pour les maisons, les meubles et les revêtements de sol. Il allie beauté naturelle et durabilité, ce qui en fait un candidat idéal pour le revêtement de sol. Contrairement aux tapis, les planchers de bois franc conservent leur couleur pendant longtemps et peuvent être facilement nettoyés et entretenus. Cependant, étant un matériau naturel, la plupart des planchers de bois nécessitent l'application d'une finition de surface pour protéger le bois de divers types de dommages tels que les éraflures et s'écailler avec le temps. Dans cette étude, un Nanovea Tribomètre a été utilisé pour mesurer le taux d'usure et le coefficient de frottement (COF) afin de mieux comprendre les performances comparatives de trois finitions en bois.
Le comportement en service d'une essence de bois utilisée pour les revêtements de sol est souvent lié à sa résistance à l'usure. La modification de la structure cellulaire et fibreuse individuelle des différentes espèces de bois contribue à leurs différents comportements mécaniques et tribologiques. Les essais de service réels du bois utilisé comme matériau de revêtement de sol sont coûteux, difficiles à reproduire et nécessitent de longues périodes d'essai. Par conséquent, il devient précieux de développer un test d'usure simple qui puisse produire des résultats fiables, reproductibles et directs.
Objectif de la mesure
Dans cette étude, nous avons simulé et comparé les comportements d'usure de trois types de bois pour démontrer la capacité du tribomètre Nanovea à évaluer les propriétés tribologiques du bois de manière contrôlée et surveillée.
Discussion
Description de l'échantillon : Le bois dur Antique Birch a une finition à l'oxyde d'aluminium à 7 couches, offrant une protection contre l'usure quotidienne. Le chêne gris Courtship et l'acajou Santos sont deux types de revêtements de sol stratifiés qui varient en termes de finition de surface et de brillance. Le Courtship Grey Oak est de couleur gris ardoise, avec une finition EIR et une faible brillance. En revanche, le Santos Mahogany est de couleur bordeaux foncé, préfini et très brillant, ce qui permet de dissimuler plus facilement les rayures et les défauts de surface.
L'évolution du COF pendant les tests d'usure des trois échantillons de parquet est représentée sur la figure 1. Les échantillons Antique Birch Hardwood, Courtship Grey Oak et Santos Mahogany ont tous montré un comportement COF différent.
On peut observer dans le graphique ci-dessus que le bois dur de bouleau ancien est le seul échantillon qui a démontré un COF stable pendant toute la durée d'un test. La forte augmentation du COF du Chêne Gris Courtship, suivie d'une diminution progressive, pourrait indiquer que la rugosité de la surface de l'échantillon a largement contribué à son comportement COF. Au fur et à mesure de l'usure de l'échantillon, la rugosité de surface a diminué et est devenue plus homogène, ce qui explique la diminution du COF, la surface de l'échantillon étant devenue plus lisse du fait de l'usure mécanique. Le COF de l'acajou Santos présente une augmentation graduelle et régulière du COF au début de l'essai, puis une transition abrupte vers une tendance hachée du COF. Cela pourrait indiquer qu'une fois que le revêtement stratifié a commencé à s'user, la bille d'acier (contre-matériau) est entrée en contact avec le substrat en bois qui s'est usé plus rapidement et de manière turbulente, créant un comportement de COF plus bruyant vers la fin du test.
Bois dur de bouleau antique :
Courtship Grey Oak :
Acajou Santos
Le tableau 2 résume les résultats des balayages et de l'analyse des traces d'usure sur tous les échantillons de parquet en bois après la réalisation des tests d'usure. Des informations détaillées et des images pour chaque échantillon sont visibles dans les Figures 2-7. Sur la base de la comparaison du taux d'usure entre les trois échantillons, nous pouvons déduire que l'acajou Santos s'est avéré moins résistant à l'usure mécanique que les deux autres échantillons. Le bois dur de bouleau antique et le chêne gris courtisé présentaient des taux d'usure très similaires, bien que leur comportement en matière d'usure au cours des essais ait été très différent. Le bois dur de bouleau antique présentait une tendance à l'usure progressive et plus uniforme, tandis que le chêne gris Courtship présentait une trace d'usure peu profonde et piquée en raison de la texture et du fini de surface préexistants.
Conclusion
Dans cette étude, nous avons montré la capacité du tribomètre de Nanovea à évaluer le coefficient de friction et la résistance à l'usure de trois types de bois, le bouleau ancien, le chêne gris et l'acajou Santos, de manière contrôlée et surveillée. Les propriétés mécaniques supérieures du bois dur de bouleau ancien lui confèrent une meilleure résistance à l'usure. La texture et l'homogénéité de la surface du bois jouent un rôle important dans le comportement à l'usure. La texture de la surface du chêne gris Courtship, comme les espaces ou les fissures entre les fibres cellulaires du bois, peuvent devenir les points faibles où l'usure se déclenche et se propage.
