Conception et fabrication d’un banc d’essai pour la mesure du coefficient de friction à haute température des alliages d’aluminium

Résumé

Dans le but d’alléger et d’améliorer les véhicules automobiles, de nouveaux procédés de mise en forme de l’aluminium sont développés. Cette étude se consacre à ceux qui exploitent les propriétés de superplasticité de l’alliage AA8053, à haute température (entre 450°C et 500°C) (procédés appelés SPF pour SuperPlastic Forming). Ils permettent des taux de déformation très importants, ce qui rend possible la fabrication de pièces de carrosserie à géométrie complexe, que les méthodes traditionnelles de formage ne permettent pas d’obtenir. Afin d’optimiser ces procédés et d’augmenter leur productivité, l’industrie utilise souvent des simulations numériques par éléments finis. Celles-ci, pour être fidèles à la réalité, requièrent que différents paramètres soient renseignés, et en particulier celui le coefficient de frottement (COF) entre l’aluminium de la pièce formée (qui est recouverte d’une couche de lubrifiant solide, du nitrure de bore dans le cadre de cette étude) et l’acier de la matrice. Une revue de la littérature a permis de mettre en évidence qu’il n’y a que très peu d’informations sur le comportement du COF dans les conditions qui nous intéressent. Elle a également montré qu’il n’existe pas de valeur de référence, mais que le COF dépend fortement des conditions d’essai. Par ailleurs, aucune méthode conventionnelle n’est définie pour mesurer cette grandeur dans un cadre qui reproduit les conditions de température, de pression et de contact que l’on trouve au sein des procédés de SPF. Un banc d’essai a donc été spécialement conçu au cours de ce projet pour répondre à cette problématique. Il s’agit d’une machine unique qui permet d’effectuer des mesures dans des conditions encore jamais testées, et possède un grand potentiel pour explorer le domaine des frottements et de la lubrification à haute température. Le banc d’essai a permis de réaliser une étude qualitative et quantitative sur le COF en fonction des différents paramètres qui ont été identifiés dans la littérature comme ayant le plus d’influence sur sa valeur : la température, la pression de contact, la vitesse et la distance de glissement. L’analyse des résultats a permis de mettre en évidence une forte corrélation entre le COF et les variables de température et de distance de glissement. Les deux autres paramètres ont une influence plus mesurée, mais qui en fonction des conditions peut être notable et jouer un grand rôle dans l’optimisation d’un procédé de SPF.

Date	30 mars 2021
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Mohammad Jahazi (Directeur(-trice)) & Hakim A. Bouzid (Codirecteur(-trice))