Maîtrise des Contraintes dans les Roulements – MACRO

RÉSUMÉ

La fabrication des roulements à bille se fait en plusieurs étapes permettant de réaliser des bagues de roulements avec une très grande précision géométrique. Lors des différentes étapes – tournage, traitement thermique, tournage dur, rectification – les pièces subissent des transformations métallurgiques engendrant l’apparition de contraintes résiduelles dans le matériau qui produisent à leur tour des distorsions géométriques au cours de la fabrication. Celles-ci ont un fort impact sur la fabrication de roulements de faibles sections et de grandes dimensions. En effet, dans le cas des bagues de roulement annulaires, ces distorsions nécessitent de multiplier les opérations de finition afin d’obtenir les tolérances dimensionnelles et géométriques voulues. Il peut arriver également que les distorsions observées soient trop importantes pour être supprimées par une ou plusieurs étapes de finition, ce qui entraine une perte de matière importante.
Les contraintes résiduelles et les distorsions qu’elles impliquent constituent un sujet d’intérêt majeur aussi bien d’un point de vue académique qu’industriel du fait de leur impact important, non seulement sur les tolérances géométriques, mais également sur les performances des pièces réalisées et leur durée de vie. De ce fait, plusieurs structures existantes impliquant à la fois des chercheurs issus de laboratoires et d’entreprises se penchent actuellement sur la question des contraintes – essentiellement du point de vue de leur caractérisation expérimentale et de l’analyse des données brutes – afin de mieux comprendre leur genèse et de pouvoir à terme les contrôler. Egalement, il existe à l’heure actuelle différentes méthodes pour déterminer les contraintes résiduelles (destructives ou non), toutes nécessitant la prise en compte d’hypothèses ayant un impact sur le résultat, et il est donc encore aujourd’hui difficile d’avoir une idée claire sur le degré de précision des méthodes de mesure et leur domaine de validité.
L’amélioration de la qualité et de la productivité des procédés de fabrication de roulements de faible section développés par la société ADR passe donc par une meilleure maitrise de ces contraintes tout au long du procédé. Une telle maitrise apportera un gain de compétitivité dans la fabrication des roulements annulaires qui constitue une activité stratégique de l’entreprise. La société ADR pourra alors répondre à de nouveaux marchés, de plus gros volume et plus concurrentiels, dans des secteurs de hautes technologies comme l’optronique, les constellations SATCOM, la navigation des équipements pour la défense et la robotique de haute précision.
Pour ce faire, nous proposons de créer le laboratoire commun MACRO (MAitrise des Contraintes dans les Roulements) entre le Laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux (LSPM – CNRS) et la société ADR. Ce LabCom a pour ambition de contribuer à l’amélioration de la mesure et de la prévision des contraintes résiduelles générées à différentes étapes d’un procédé industriel de mise en œuvre de pièces de géométrie complexe, afin de permettre à court terme l’optimisation des procédés de mise en forme et à moyen terme l’intégration des méthodologies de mesure et de calcul développées aux procédés de fabrication. Il s’agit donc dans un premier temps d’arriver à limiter le nombre d’opérations de finition permettant de tenir les tolérances géométriques imposées, puis, d’étendre les efforts développés à une meilleure compréhension des liens entres contraintes résiduelles et durée de vie. Ce projet fait appel à des outils expérimentaux de caractérisation, mais aussi numériques pour la prévision des distorsions après différentes opérations. Il comprendra la caractérisation de l’état métallurgique, mécanique et géométrique des bagues de roulement aux différentes étapes d’un procédé de fabrication classique, puis l’identification des points critiques en vue de l’optimisation du procédé et du design des pièces.