Lubrification et usure du contact fil/outil en tréfilage humide

• Auteur / Autrice : Philippe Bouré
• Direction : Denis Mazuyer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône1970-)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Travail des métaux

Tréfilage

Lubrification hydrodynamique

Lubrification élastohydrodynamique

Émulsions

Mots clés libres

Emulsion, film limite, lubrification élastohydrodynamique, lubrification plastohydrodynamique, mise en forme, sous-alimentation, steelcord, tréfilage

Résumé

Durant ces dix dernières années, l'utilisation de fils à haute limite élastique et l'accroissement de la productivité ont conduit à des conditions extrêmes de pressions et de vitesses dans l'opération de tréfilage de fils d'acier laitonné. Dans ces conditions, la maîtrise de la lubrification et de l'usure du contact entre le produit et l'outil devient fondamentale dans l'optimisation du procédé. Cette étude s'intéresse à la génération d'un film interfacial avec les émulsions employées pour lubrifier le contact. Le comportement rhéologique et l'adhérence aux parois dans la zone d'entrée du contact gouvernent les conditions de formation du film lubrifiant pénétrant dans l'interface. L'étude du comportement du lubrifiant dans cette zone soumise à un régime de lubrification élastohydrodynamique est un paramètre clé pour la compréhension de la lubrification du contact. Les mesures expérimentales effectuées à l'aide d'un tribomètre élastohydrodynamique et complétées par des analyses chimiques montrent que la transformation de la structure des phases organisées des émulsions de tréfilage au cours de leur utilisation est une condition nécessaire à la formation d'un film lubrifiant. Les propriétés rhéologiques de ce film sont évaluées à l'aide d'un modèle développé à partir de l'analyse de l'alimentation du contact. L'hypothèse d'intéractions électriques entre les particules lubrifiantes et les surfaces métalliques est avancée pour expliquer les conditions d'adhérence ou de glissement du film à la paroi des solides en contact. Enfin, Les mécanismes de formation du film lubrifiant et les phénomènes conduisant à sa rupture sont reliés au processus réel de tréfilage et en particulier à l'usure des filières, étudiée à l'aide d'essais in situ sur machine de tréfilage instrumentée. Cette étude montre que l'interaction entre les transferts sur la surface des outils et le lubrifiant est un paramètre clé dans la lubrification du contact et la réduction de l'usure. Une approche mécanique globale est développée et montre que le régime de lubrification évolue d'un régime plastohydrodynamique à un régime limite lorsque les conditions de contact sont plus sévères, dans les dernières passes du procédé. Enfin, à partir de ces diverses observations, des hypothèses sur les mécanismes d'usure des filières sont avancées.

For the past ten years, the use of high tensile steel and the productivity requirements have les respectively to an increase in pressure and speeds in the drawing process of steelcord. The control of both lubrication and wear of the wire/die contact is a key point for the process optimisation. This study deals with built-up of the interfacial lubricating film in this high pressure contact lubricated with an emulsion. The rheological behaviour and the wetting properties of the lubricant in the inlet zone of the wire/die contact are important parameters. The inlet zone, where the lubrication regime is elastohydrodynamic, governs the formation of the lubricating film and the lubricant supply of the contact. The knowledge of the lubricant behaviour in this inlet zone is crucial to understand the lubrication in the drawing process of steelcord. This has been experimentally investigated with an EHL tribometer and chemical analyses of the lubricant film. It has been shown that a change in the physical structure of the lubricant due to ageing is a necessary condition to build-up a lubricant film. A model based on the analysis of the starvation process has been developed to evaluate the rheaological properties of the lubricant film formed on the contacting bodies. The adherence and slippage at the wall of the lubricating film is explained by electrical interactions between the metallic surfaces and lubricant particles. Both formation and breakage of the lubricating film are connected with the industrial process. The wear of the drawing die is studied in details with an instrumented drawing machine especially developed for this purpose. This study demonstrates that the interactions between the transfert layers observed on the surface of the drawing dies and the lubrication process. In the first step of the process, the lubrication regime appears to be essentially plastohydrodynamic. As the running conditions become more and more severe in the last steps of the process, a boundary regime is reached. Finally, hypothesis based on the different observations pointed out in this study are proposed to explain the wear mechanisms.