Comprendre les tests de résistance :mesurer les limites des matériaux et pièces cruciaux

Les tests de résistance des matériaux et de finition de surface examinent les limites des pièces cruciales utilisées dans les produits critiques. Voici ce que vous devez savoir sur l'évaluation des limites de résistance et de construction des matériaux, qui sont si importantes pour l'intégrité de nombreux produits.

Si vous avez déjà demandé de l'aide pour ouvrir un pot de cornichons, il est probable que l'entreprise d'embouteillage n'ait jamais parlé à Mark Fridman. La même chose peut être dite pour le sac de chips que vous avez déchiré la semaine dernière, seulement pour les voir voler partout dans la salle de repos lorsque la couture s'est fendue en plein milieu. Ou l'aspirine dont vous aviez besoin dont la bouteille annonce un bouchon à l'épreuve des enfants qui serait plus précisément appelé résistant à l'homme.

Fridman est le président de Mark-10 Corp. à Copiague, New York. Il a un travail amusant. Son entreprise fabrique des équipements de test qui tentent de déchirer, perforer, peler, écraser et autrement détruire divers produits manufacturés. Beaucoup d'entre eux sont des biens de consommation comme ceux décrits ci-dessus. Mais Fridman et l'équipe Mark-10 sont particulièrement cruciaux pour les industries automobile, aérospatiale et médicale où la sécurité des produits est primordiale.

Déterminations énergiques

Tout n'est pas question de destruction. L'équipement Mark-10 peut mesurer la force de relâchement de la ceinture de sécurité, l'élasticité du ressort, le couple nécessaire pour enfoncer une vis à os et d'innombrables autres applications similaires.
 

« La convivialité, la fiabilité et la durabilité de ces objets manufacturés et d'autres peuvent être quantifiées par une force ou une valeur de couple », explique Fridman. "Ainsi, qu'il s'agisse d'équipements médicaux, de matériaux d'emballage ou de composants aérospatiaux, de nombreux objets que nous utilisons chaque jour doivent être soumis à ce type de tests physiques pour s'assurer qu'ils répondent aux critères de qualité du client."

En règle générale, les tests ont lieu à l'usine où ces objets sont fabriqués, et souvent sur la chaîne de production elle-même. Parmi les composants de test de résistance mécanique proposés par Mark-10 figurent :

• Les dynamomètres sont utilisés pour capturer les forces de tension et de compression (traction et poussée) dans les applications de test :les coupons de test en forme d'haltère avec lesquels de nombreux ateliers d'usinage sont familiers seraient séparés sur un tel appareil.
• Les jauges de couple mesurent les forces dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, telles que celles appliquées aux fixations filetées, aux boutons et aux cadrans, ou au couvercle du bocal à cornichons que nous venons de mentionner.
• Les jauges de coefficient de frottement (COF) mesurent les forces statiques et cinétiques générées lors du déplacement d'un "traîneau" (un petit patin métallique) sur un matériau cible.
• Les testeurs de traction de fil sont utilisés pour mesurer la force de traction des bornes électriques serties, des terminaisons de tube et des connecteurs de jonction de fils.

Beaucoup d'entre eux sont disponibles en versions portables et de paillasse, et sont souvent utilisés en conjonction avec un banc d'essai manuel ou motorisé, divers dispositifs de préhension et accessoires, et le logiciel pour rassembler et analyser les résultats des tests.

"Beaucoup de nos clients, en particulier lorsqu'il s'agit de produits aérospatiaux, automobiles et médicaux, doivent respecter certaines normes ISO, SAE ou ASTM", déclare Fridman. « Il existe également certaines normes spécifiques à l'industrie, ainsi que celles que les fabricants développent en interne pour garantir que leurs produits n'échoueront pas sur le terrain. Un atelier d'usinage qui offre des services d'assemblage, par exemple, pourrait acheter une de nos unités pour vérifier la tension du ressort sur un levier ou la force nécessaire pour fermer une porte. Les tests sont très spécifiques à l'utilisation et les applications sont presque trop nombreuses pour être comptées. »

Surfaces d'ingénierie

Pat Nugent s'intéresse également à la qualité des produits, quoique d'une manière plus connue de la plupart des ateliers d'usinage. En tant que vice-président de la gestion des produits chez Mahr Inc., basée à Providence, Rhode Island, il est responsable de la vaste gamme d'équipements de métrologie de l'entreprise, y compris ceux utilisés pour mesurer la rugosité, la rondeur et la forme des surfaces. Il explique que l'équipement utilisé pour quantifier le premier d'entre eux - la rugosité - a été développé il y a des décennies, à une époque où l'usinage était encore effectué via des cames et des manivelles. De plus, ces méthodes antiques influencent encore les normes de rugosité utilisées aujourd'hui.

"Les premiers profilomètres n'étaient pas si différents d'un tourne-disque à l'ancienne, sauf que l'aiguille se déplaçait de haut en bas plutôt que d'un côté à l'autre", explique Nugent. « Ces premiers appareils analogiques utilisaient un calcul mathématique connu sous le nom de Rq, un type de moyenne quadratique moyenne, pour déterminer la rugosité de surface. Aujourd'hui, la plupart des magasins - du moins ceux ici aux États-Unis - connaissent mieux Ra, ou rugosité moyenne.

Nugent ajoute que dans d'autres parties du monde, la norme Rz est généralement utilisée, qui est la différence moyenne de pic à creux entre cinq longueurs d'échantillonnage consécutives. Il s'empresse cependant de souligner qu'il existe une centaine de paramètres et de normes de mesure de surface, et que les fabricants ne savent souvent pas lequel utiliser et pourquoi.

"Alors que l'industrie est entrée dans l'ère numérique et que les équipements de mesure sont devenus plus performants, les gens ont compris comment collecter divers profils de surface et les utiliser pour quantifier la qualité des pièces", dit-il. "Pensez à l'alésage d'un cylindre de moteur. Un fabricant usinera généralement la surface, puis reviendra avec une opération de finition ou de meulage, qui élimine les pics mais laisse les vallées derrière. S'ils peuvent mesurer et donc contrôler ces processus avec suffisamment de précision, cela crée une sorte de surface technique qui offre des caractéristiques d'usure et de lubrification optimales. »

Rugosité et ondulation

La bonne nouvelle derrière toute cette complexité est que les équipements de mesure modernes tels que ceux fournis par Mahr peuvent facilement basculer entre les normes de rugosité de surface figurant sur le dessin. Ils sont également capables de mesurer l'ondulation, qui va de pair avec la rugosité.

Nugent déclare :« Je dis aux gens de penser à une table en bois sur laquelle repose un objet lourd. L'arc au milieu peut être considéré comme une ondulation, tandis que le grain que vous pouvez sentir avec vos ongles est sa rugosité de surface.

Il est important de reconnaître que la rugosité et l'ondulation de la surface sont des mesures bidimensionnelles. Prenez une série de mesures de ce type à l'aide d'optiques avancées comme celles que l'on trouve dans un certain nombre de produits Mahr et il est possible d'obtenir des vues détaillées en trois dimensions d'un objet usiné, coulé, formé ou imprimé.

Cela revient à ce que Nugent a dit plus tôt à propos des surfaces d'ingénierie - la capacité de mesurer et donc de contrôler les processus de fabrication au niveau microscopique peut conduire à de profondes améliorations du comportement de l'objet fini, présentant des opportunités telles qu'une meilleure intégration osseuse dans les implants orthopédiques et la création de surfaces qui imitent plus étroitement celles trouvées dans le monde organique.

Quels obstacles avez-vous rencontrés lors de la mesure de la résistance d'un matériau ? Comment les avez-vous surmontés ? Quels conseils pouvez-vous partager ?