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

David, Guillaume (2021). Conception et fabrication d’un banc d’essai pour la mesure du coefficient de friction à haute température des alliages d’aluminium. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

Prévisualisation

PDF Télécharger (19MB) | Prévisualisation

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.

Titre traduit

Design and manufacture of a test bench for measuring the high temperature coefficient of friction of aluminum alloys

Résumé traduit

With the aim of making motor vehicles lighter and better, new aluminum forming processes are being developed. This study focuses on those that exploit the superplasticity properties of the AA8053 alloy (processes called SPF for SuperPlastic Forming). They allow very high deformation rates, making it possible to manufacture body parts with complex geometries that cannot be obtained by traditional forming methods. In order to optimize these processes and increase their productivity, the industry often uses finite element simulations. In order to be representative of the reality, these simulations require various parameters to be filled in, in particular the coefficient of friction (COF) between the aluminum of the formed part (which is covered with a layer of solid lubricant, boron nitride in this study) and the steel of the die. A review of the literature has shown that there is very little information on the behaviour of the COF under the conditions of interest. Even more so as it also showed that there is no reference value, but that COF is highly dependent on the test conditions. Moreover, no conventional method is defined to measure this quantity in a framework that reproduces the temperature, pressure and contact conditions found in SPF processes. A test bench was therefore specifically designed during this project. It is a unique machine that allows measurements to be made under conditions never tested before, and has great potential for exploring the field of friction and lubrication at high temperatures. It has made it possible to carry out a qualitative and quantitative study on COF according to the different parameters that have been identified as having the most influence on its value, temperature, contact pressure, speed and sliding distance. The analysis of the results showed a strong correlation between COF and the temperature and sliding distance variables. The other two parameters have a more moderate influence, but depending on the conditions can be significant and play a major role in the optimization of an SPF process.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie mécanique". Comprend des références bibliographiques (pages 169-173).
Mots-clés libres:	coefficient de frottement, superplasticité, friction, aluminium AA5083, nitrure de bore, lubrifiant, haute température
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Jahazi, Mohammad
Codirecteur:	Codirecteur Bouzid, Hakim
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	11 févr. 2025 20:42
Dernière modification:	11 févr. 2025 20:42
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2920

Gestion Actions (Identification requise)

Dernière vérification avant le dépôt