Comprendre la rugosité de surface : unités, tableaux et techniques de mesure

Qu'est-ce que la rugosité de surface ?

La rugosité de surface, souvent abrégée en rugosité, est une composante de la texture de surface. Elle est quantifiée par les écarts dans la direction du vecteur normal d'une surface réelle par rapport à sa forme idéale.

Si ces écarts sont grands, la surface est rugueuse ; s'ils sont petits, elle est lisse. En métrologie de surface, la rugosité est généralement considérée comme la composante haute fréquence, courte longueur d'onde d'une surface mesurée.

Cependant, en pratique, il est souvent nécessaire de connaître à la fois l'amplitude et la fréquence pour s'assurer qu'une surface est apte à un usage.

La rugosité joue un rôle important dans la détermination de l'interaction d'un objet réel avec son environnement. En tribologie, les surfaces rugueuses s'usent généralement plus vite et ont des coefficients de frottement plus élevés que les surfaces lisses.

La rugosité est souvent un bon prédicteur de la performance d'un composant mécanique, car les irrégularités de surface peuvent former des sites de nucléation pour fissures ou corrosion.

D'un autre côté, la rugosité peut favoriser l'adhérence. De manière générale, plutôt que des descripteurs spécifiques à une échelle, les descripteurs inter-échelles comme la fractalité de surface fournissent des prédictions plus significatives des interactions mécaniques aux surfaces, incluant la rigidité de contact et le frottement statique.

Bien qu'une valeur de rugosité élevée soit souvent indésirable, il peut être difficile et coûteux de la contrôler en fabrication.

Par exemple, il est difficile et coûteux de contrôler la rugosité de pièces fabriquées par dépôt de filament fondu (FDM). Diminuer la rugosité augmente généralement le coût de fabrication. Cela entraîne souvent un compromis entre coût de fabrication et performance en application.

La rugosité peut être mesurée par comparaison manuelle contre un « comparateur de rugosité », mais plus généralement, une mesure de profil de surface est faite avec un profilomètre. Ceux-ci peuvent être de type contact (pointe diamant) ou optiques.

Cependant, une rugosité contrôlée peut souvent être souhaitable. Par exemple, une surface brillante peut être trop luisante pour l'œil et trop glissante au doigt (un pavé tactile est un bon exemple) ; une rugosité contrôlée est alors requise. C'est un cas où amplitude et fréquence sont très importantes.

Unité de rugosité de surface

La rugosité par moyenne arithmétique (Ra) est la norme acceptée et peut être mesurée en unités anglaises (micro-pouces) ou métriques (microns). Les états de surface sont mesurés par instruments de moyennage ou de profilage. Les instruments de moyennage ne mesurent pas l'ondulation et affichent généralement les valeurs de finition sur un afficheur.

Comment mesurer la rugosité de surface ?

La rugosité de surface est un calcul de la lissité relative du profil d'une surface. On utilise un paramètre numérique – Ra. Le tableau de finition de surface Ra montre la moyenne arithmétique des hauteurs de surface mesurées sur une surface.

Comme mentionné, il y a trois composants de base d'une surface : rugosité, ondulation (waviness) et orientation (lay). Différents facteurs affectent donc les caractéristiques de la géométrie de surface.

De même, il existe plusieurs systèmes de mesure pour la rugosité. Les systèmes incluent :

1. Méthodes de mesure directe
2. Méthodes sans contact
3. Méthodes par comparaison
4. Méthodes en cours de processus (in-process)

Les méthodes de mesure directe mesurent la rugosité à l'aide d'un palpeur (stylus). Cela implique de faire glisser le palpeur perpendiculairement à la surface. L'opérateur utilise ensuite un profil enregistré pour déterminer les paramètres de rugosité.

Les méthodes sans contact utilisent la lumière ou le son à la place. Instruments optiques comme lumière blanche et confocal remplacent le palpeur. Ces instruments utilisent différents principes. Les palpeurs physiques peuvent être remplacés par capteurs optiques ou microscopes.

D'abord, l'instrument envoie une impulsion ultrasonore à la surface. Puis, altération et réflexion des ondes sonores reviennent à l'appareil. On évalue les ondes réfléchies pour déterminer les paramètres de rugosité.

D'autre part, les techniques de comparaison utilisent des échantillons de rugosité de surface. Ces échantillons sont générés par l'équipement ou le procédé. Le fabricant utilise alors le toucher et la vue pour comparer les résultats. Les résultats sont comparés à une surface de paramètres de rugosité connus.

Un exemple de techniques en cours de processus est l'inductance. Cette méthode évalue la rugosité en utilisant des matériaux magnétiques. Le capteur d'inductance utilise l'énergie électromagnétique pour jauger la distance à la surface. La valeur paramétrique déterminée aide à trouver des paramètres de rugosité comparatifs.

Tableau de rugosité de surface

Il existe de grandes variations dans les états de finition et de bord. Sont listées certaines techniques de fabrication courantes et leurs valeurs Ra correspondantes.

Diverses méthodes de mesure de la rugosité de surface

Il existe différentes méthodes et équipements pour mesurer la rugosité. Les diverses méthodes se divisent en trois catégories :

• Techniques de profilage. Mesure de surface à l'aide d'une sonde haute résolution. Pensez à une aiguille de phonographe pour la sensibilité. Une sonde CNC typique peut ne pas être aussi efficace.
• Techniques de surface (Area Techniques). Mesurent une zone finie de la surface. Offrent une moyenne statistique des pics et vallées. Exemples : diffusion ultrasonique, diffusion optique, sondes capacitives, etc. Plus faciles à automatiser et exécuter.
• Techniques de microscopie. Techniques qualitatives basées sur la mesure de contrastes. Résultats donnent informations pertinentes sur pics et vallées des surfaces.