Traquer l'usure

Environ sept pour cent du produit national brut sont causés chaque année par l'usure dans les pays industrialisés. Dans ce domaine, plus un état critique est détecté tôt, moins les conséquences sont importantes, tant en termes de sécurité que de rentabilité. C'est précisément ce que recherchent les scientifiques et les étudiants de la chaire de génie mécanique général de l'université Montan de Leoben / Styrie. Les machines du secteur de la mobilité et de l'énergie et leurs composants mécaniques sont au cœur de la recherche, qui est souvent menée pour le compte de coopérations industrielles internationales. Afin d'évaluer et de calculer au préalable l'usure des composants, les (futurs) ingénieurs effectuent des analyses de dommages sur des composants soumis à des contraintes tribologiques à l'échelle du modèle - par exemple des dentures, des systèmes de commande de soupapes, des vilebrequins, des bielles, des chemins de roulement de cylindres ou des axes de piston. Un deuxième point fort de la chaire concerne la résistance en service des composants. Pour cela, on étudie surtout leur comportement en matière de résistance aux vibrations à l'aide de petits objets d'essai. "Pour tester la résistance en service, nous effectuons par exemple des tests complexes avec des machines d'essai de vibrations", explique le Dr. mont. Michael Pusterhofer, Senior Scientist à la chaire. "Lors de ces tests, un composant, par exemple une bielle ou un vilebrequin, est conçu pour fonctionner et est soumis à un examen approfondi en le tirant et en le poussant". L'objectif est d'optimiser les systèmes techniques, que ce soit en termes de capacité de charge, de comportement à l'usure, de rendement ou de coûts de fabrication.

Contrôle des échantillons avec le MarSurf VD 140

Après les séries de tests, les échantillons sont examinés avec précision. Un outil important est le MarSurf VD 140, qui soutient le travail du laboratoire depuis environ un an. Le poste de mesure de la rugosité et des contours avec une distance de détection de 140 mm offre une vitesse élevée et beaucoup de flexibilité. Celle-ci se manifeste surtout par la grande plage de mesure, un poids de pièce de 80 kilos maximum et un système de serrage très simple qui permet de positionner les pièces de manière sûre, rapide et correcte. "Ce dernier élément favorise également la grande répétabilité et la précision des mesures, et le processus peut en outre être automatisé grâce aux axes CNC rapides et au logiciel MarWin ", explique Michael Parzer, Field Sales Engineer chez Mahr Austria GmbH. Selon Pusterhofer, ce sont surtout les étudiants à partir du quatrième semestre ainsi que les étudiants en thèse qui se chargent des mesures avec le MarSurf VD 140. La plage de mesure à l'institut est de 70 millimètres pour le contour et d'environ un demi-millimètre pour la rugosité. Comme l'appareil de mesure est automatisable, il est possible de mesurer jusqu'à 100 échantillons en un seul passage et d'en tirer des questions, par exemple pour des travaux de fin d'études ultérieurs. Avec le Allrounder tactile de Mahr, des mesures multiples de 30 à 40 profils sont possibles en parallèle, "la machine le fait automatiquement, par exemple à des intervalles de 0,5 millimètre. La dispersion avec l'appareil est extrêmement faible", souligne l'ingénieur. Un logiciel écrit par l'entreprise crée ensuite une surface 3D à partir des mesures, ce qui permet de reconnaître le niveau d'usure.

Tactile vs. optique

Les résultats des mesures sont finalement transférés sur des composants réels à l'aide de différentes méthodes et modèles. Comme l'indique Pusterhofer, l'institut utilise également la mesure optique 3D. "Un appareil 3D permet également de résoudre les tâches de mesure décrites ci-dessus, mais des mesures aussi étendues ne sont souvent pas nécessaires pour toutes les questions. Avec un microscope confocal, il faudrait environ huit heures pour réaliser cette tâche - alors qu'avec le VD 140 tactile, il ne faudrait que cinq minutes avec une résolution de pointe. Il n'y aurait pas de meilleure assurance qualité pour ce cas", résume le chercheur. Il est extrêmement satisfait de l'appareil Mahr, car il est parfaitement adapté aux tâches de mesure rapides et répétitives. Les collègues d'autres départements l'apprécient également et l'utilisent volontiers, par exemple pour contrôler la dilatation thermique des composites stratifiés ou pour étudier l'influence de différents paramètres de coulée sur la morphologie de la surface.

Un service direct grâce à la proximité du site

L'appareil est maintenant en service à l'institut depuis environ un an et vient ainsi compléter le grand parc d'appareils de la chaire de construction mécanique générale. Comme le rapporte Pusterhofer, le parc de machines a été élargi en 2021 et il avait lui-même plaidé avec insistance pour un appareil tactile. "Nous avons fait un processus d'adjudication interne, que Mahr a remporté. Outre les très hautes précisions, le prix nous a également convaincus. Et ce dont nous profitons également, c'est la proximité du site de Mahr, qui permet un service direct", explique l'ingénieur. Michael Parzer a toujours été disponible et a fourni un excellent support. "Le VD 140 fonctionne sacrément bien et je suis très, très content de mon achat, tout comme mes collègues". - Pusterhofer et un technicien de l'institut ont suivi une formation de deux jours chez Mahr Austria et se chargent depuis lors de transmettre les connaissances aux collègues et aux étudiants de l'institut. Équipée de cette puissante technique 2D, l'équipe de chercheurs peut désormais se concentrer entièrement sur ses compétences clés et lutter de manière ciblée contre l'usure et la fatigue des matériaux. Et donc, en fin de compte, faire avancer la transition énergétique et la mobilité.