4 étapes critiques pour surmonter les imperfections de surface des matériaux

Que signifie vraiment "sans défauts" ?

Un problème fondamental se pose lorsqu'un dessin technique indique « sans défauts », « sans résidus », « exempt d'huile, de graisse et de particules », « sans débris », « sans rayures » ou indique autrement qu'aucune surface de matériau les imperfections sont acceptables. Les dessins indiquent également souvent des caractéristiques telles que "pas de lignes de dessin, "pas de gouges" et "pas de lignes de découpe longitudinales".

Le problème avec ces requêtes, c'est qu'est-ce que cela signifie réellement lorsque vous regardez la surface d'une pièce ?

Si vous regardez d'assez près n'importe quelle surface, vous trouverez des défauts. (Avez-vous déjà regardé votre peau dans un miroir ordinaire puis dans un miroir grossissant 10x ?) Et cela est vrai même dans la fabrication métallique la plus précise.

Différences au niveau microscopique

D'un point de vue microscopique, une surface peut avoir des lignes qui sont invisibles à un grossissement de 10x mais ressemblent à des vallées majeures lorsqu'elles sont examinées à 50x. La surface d'un tube coupé peut sembler uniforme à un grossissement de 10x, mais à 500x en utilisant un microscope électronique à balayage (SEM), les imperfections dans l'alignement des grains seront révélées.

Sous un grossissement extrêmement élevé, pratiquement tous les matériaux présentent des problèmes de surface. Cependant, lorsqu'on demande qu'une surface soit "sans défauts", les dessins omettent souvent de spécifier à quel point la surface d'une pièce doit être examinée - ou, peut-être plus important encore, à quel point elle sera examinée par le client.

Alors, comment pouvez-vous surmonter les problèmes d'imperfections de surface des matériaux ? Appliquez ces quatre étapes !

1. Déterminer le rapport d'agrandissement

Pour s'assurer que les pièces sont inspectées au niveau de détail approprié, il est extrêmement important d'identifier le rapport de grossissement auquel la surface du matériau doit être examinée. Le rapport de grossissement est le rapport entre la taille apparente d'un objet (ou sa taille dans une image) et sa taille réelle, indiquée par 5x, 10x, 20x, 50x, etc.

En indiquant le rapport de grossissement sur votre dessin, vous et votre fournisseur aurez un niveau convenu pour mesurer si la surface d'un matériau répond à vos besoins.

Mais que devez-vous prendre en compte lorsque vous spécifiez un grossissement ?

Lors du choix d'un niveau de grossissement, il est également important qu'il soit cohérent avec votre utilisation finale. Étant donné qu'un examen plus approfondi entraîne des coûts supplémentaires, vous voulez vous assurer que vous ne surconcevez pas la pièce et ne demandez pas un traitement de finition de surface qui dépasse vos exigences et, par conséquent, peut dépasser votre budget.

Par exemple, si une légère rainure dans un tube ou une tige n'affecte pas les performances de la pièce, alors l'examen de la pièce à un grossissement de 100x peut être excessif. Mais si vous produisez un roulement à billes qui sera utilisé dans une pièce d'avion critique, un niveau de grossissement élevé peut être nécessaire pour garantir la fonctionnalité et répondre aux exigences de sécurité.

2. Considérez l'angle de la source de lumière

Gardez à l'esprit que l'angle de la source lumineuse peut également avoir un impact sur l'apparence de la surface d'un matériau à un niveau microscopique.

L'angle de la lumière peut provoquer des ombres et des reflets qui peuvent augmenter ou diminuer la taille perçue des lignes de dessin, des fissures, des gouges, des bosses et d'autres imperfections de finition de surface. L'angle peut également modifier l'apparence ou masquer la présence de décolorations.

Les microscopes optiques peuvent s'appuyer sur diverses sources lumineuses, telles que des éclairages annulaires, des fibres optiques intégrées, des tubes fluorescents parallèles ou même un rétroéclairage, qui projetteront tous des ombres différentes.

3. Identifiez la température de couleur de la lumière

Une autre variable est la température de couleur de la lumière, qui est une façon plus complète de regarder une source lumineuse, par rapport à la simple identification si un microscope utilise un éclairage LED, fluorescent ou incandescent.

Cette caractéristique de la lumière visible est exprimée en Kelvins (K). Les températures supérieures à 5 000 K sont appelées couleurs froides (blanc bleuté) et les températures plus basses (2 700 à 3 000 K) sont appelées couleurs chaudes (blanc jaunâtre à rouge).

Les différences de température de couleur peuvent affecter l'apparence de la surface d'une pièce. Cela peut entraîner des incohérences dans :

• Comment deux personnes regardant la même pièce sous un éclairage différent verraient et décriraient la surface du matériau
• A quoi ressemblerait la surface d'une photographie ou d'une vidéo partagée dans le but exprès de confirmer à quoi la pièce "devrait ressembler"

4. Considérez la présence de la lumière

Une autre variable à prendre en compte est la présence de lumière, ou plus précisément l'absence de lumière comme dans le cas d'un SEM.

Toute microscopie consiste à observer un objet et/ou des zones de sa surface qui ne peuvent pas être vues à l'œil nu. Les microscopes optiques utilisent la diffraction, la réflexion ou la réfraction des faisceaux de lumière visible pour créer une image.

Mais un SEM examine un échantillon en le balayant avec un faisceau focalisé d'électrons, qui se reflètent sur la topographie d'un échantillon pour produire des images tridimensionnelles de l'objet et/ou de la surface. En d'autres termes, pour l'œil humain, un SEM regarde des pièces dans l'obscurité totale et totale !

Cela signifie qu'il n'y a pas d'effets d'ombre déroutants.

Un SEM est-il adapté à votre application ?

Parce que les électrons ont une longueur d'onde beaucoup plus petite que la lumière visible, un SEM est capable de produire une image à une résolution beaucoup plus élevée, avec plus de détails que celle produite par un microscope optique. De plus, un SEM a une plus grande profondeur de champ, d'où une imagerie 3D plus détaillée.

Cependant, le SEM présente des inconvénients majeurs, notamment le fait que la source d'électrons, les lentilles et l'échantillon doivent tous être sous vide. Pour les applications quotidiennes, un SEM est également extrêmement coûteux, complexe et difficile à utiliser.

De plus, parce qu'il est si fondamentalement différent des méthodes ordinaires de microscopie, un SEM ne fournit pas de base de comparaison avec ce qui peut être vu par l'œil en utilisant la méthode de microscope optique plus typique. Ainsi, bien que le niveau de détail produit par un SEM soit étonnant, il n'est pas compatible avec les ressources typiques de l'usine ou de l'atelier.

Cela signifie que demander un niveau SEM "sans défauts" n'est, du moins pour le moment, pas pratique.

Pensez-y maintenant pour garantir la qualité plus tard

La bonne nouvelle est que vous pouvez et devez toujours spécifier le niveau de grossissement sous lequel vous souhaitez examiner la surface de votre pièce à l'aide des méthodes de microscopie les plus courantes.

Les microscopes optiques courants peuvent mesurer de 5x à 50x, et il existe d'autres options plus avancées. Par exemple, Metal Cutting Corporation dispose d'un microscope optique capable d'un grossissement de 200x, et notre équipement d'inspection vidéo peut afficher un niveau de détail encore plus élevé.

Surtout, pensez à la surface du matériau, au rapport de grossissement et à la manière dont ils sont liés aux exigences de votre utilisation finale au début du processus de fabrication, par exemple lorsque vous faites vos dessins ou remplissez une demande de prix. Cela vous aidera non seulement à éviter les problèmes en cours de route, mais aussi à vous assurer que vos pièces passeront l'inspection et répondront à vos besoins.