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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