Notions de base sur les roulements linéaires : Rugosité de surface, texture et finition

L’un des facteurs à prendre en compte lors du choix des manches pour les roulements linéaires est la rugosité de surface, qui décrit les aspérités microscopiques ou pics et les vallées présentes à la surface d’un matériau. Néanmoins, la rugosité de surface est une spécification importante pour tous les types de guides et vis linéaires, qu’ils soient lisses ou à recirculation, à arbre rond ou à rail profilé, à vis à billes ou à vis-mère. La norme ASME B46.1-2019, Surface Texture (Roughness, Waviness, and Lay) définit la rugosité de surface comme « les irrégularités les plus fines de la texture de surface » et précise que ces irrégularités résultent souvent de « l’action inhérente du processus de production ou de l’état du matériau ». En d’autres termes, la combinaison des propriétés du matériau, telles que la taille des particules et la distribution des éléments dans les alliages métalliques et du processus d’usinage détermine la rugosité de surface d’une pièce. La rugosité de surface est le plus souvent exprimée sous la forme d’une valeur moyenne, désignée par Ra. La valeur Ra est la moyenne arithmétique des déviations absolues du profil par rapport à la ligne moyenne, enregistrées sur une longueur d’évaluation. (Notez que certaines références utilisent une valeur RMS de la rugosité, appelée Rq, bien qu’elle ait été le plus souvent remplacée par la spécification Ra). Une autre spécification, utile pour déterminer la quantité de matière à enlever pendant l’usinage ou la finition, est Rz, qui donne la distance moyenne entre les cinq points les plus hauts et les cinq points les plus bas sur la longueur d’évaluation.

Rugosité, texture ou finition ?

Trois termes : rugosité de surface, finition de surface et texture de surface, sont souvent utilisés de manière interchangeable, mais ils font en fait référence à des quantités ou des caractéristiques différentes. La rugosité de surface, telle qu’expliquée ici, est une mesure quantitative des aspérités de la surface. La texture de surface est définie par la norme ASME B46.1-2019 comme étant composée de trois paramètres : la disposition, l’ondulation et la rugosité, dont l’ondulation et la rugosité sont des valeurs quantifiables. La finition de surface est une classification qualitative qui, techniquement, s’applique aux matériaux en acier inoxydable. Les lignes directrices pour décrire les finitions de surface sont données dans le document ASME SA-480/SA-480M, Specification for General Requirements for Flat-Rolled Stainless and Heat-Resisting Steel Plate, Sheet, and Strip. La rugosité de surface est importante pour les guides linéaires, les vis à billes et les vis-mère pour plusieurs raisons, mais la plus importante est probablement sa contribution au frottement. Un état de surface plus élevé (moins bon) sur les éléments roulants ou coulissants signifie plus de friction entre ces éléments et, par conséquent, une usure plus importante et une durée de vie réduite. En fait, le frottement dynamique (cinétique) entre deux composants mobiles est directement lié à l’état de surface des composants. C’est l’une des principales raisons pour lesquelles les vis à billes laminées subissent une étape de polissage supplémentaire après le processus de laminage, car le processus de laminage produit une couche d’oxydation sur les chemins de roulement de la vis et le polissage élimine cette couche d’oxydation et améliore la rugosité de surface pour qu’elle corresponde à celle d’une vis rectifiée. Une mauvaise rugosité de surface peut également endommager les pièces en plastique ou en caoutchouc qui se déplacent sur des arbres ou des guides métalliques. Par exemple, les joints en caoutchouc utilisés sur les écrous à billes et les écrous en plastique souvent utilisés sur les vis-mère peuvent être endommagés si la rugosité de surface de l’arbre de la bille ou de la vis-mère est trop élevée. Dans les roulements linéaires à recirculation, la rugosité de surface des guides de recirculation peut créer des pulsations qui se manifestent par des erreurs planes pendant le déplacement. Une rugosité de surface maximale est parfois recommandée pour les surfaces de montage et de référence utilisées pour les guides linéaires profilés, afin d’éviter la déformation plastique de ces surfaces causée par les contraintes exercées par les vis de montage du guide. Pour les paliers lisses qui sont lubrifiés par le transfert de matière du palier à l’arbre (ou au guide), une certaine rugosité de surface est nécessaire, car les « pics » sur la surface du guide servent à racler de petites quantités de matière à l’intérieur du palier. Ces petits morceaux de matière se déposent dans les « vallées » de la surface de l’arbre (ou du guide) et assurent la lubrification lors du va-et-vient du roulement. De même, lorsqu’une lubrification externe est appliquée aux paliers lisses en bronze, les vallées à la surface de l’arbre capturent et retiennent la lubrification pour réduire le frottement et l’usure.