Etude expérimentale du frottement sec à grande vitesses de glissement

Experimental study of dry friction at high sliding velocities

• Auteur / Autrice : Sylvain Philippon
• Direction : Alain Molinari
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Metz
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPMM - Laboratoire de Physique et Mécanique des Matériaux - FRE 3236

Mots clés

Mots clés contrôlés

Usinage à très grande vitesse

Tribologie (technologie)

Mots clés libres

Frottement sec

Tribologie

Etude expérimentale

Grandevitesse

Résumé

La compréhension des lois de frottement est essentielle pour modéliser entre autres les processus de mise en forme des métaux et d'usure. Plusieurs études sont concernées par le frottement à grandes vitesses de glissement. Un dispositif expérimental original a été conçu pour étudier le frottement sec pour des conditions statique et dynamique en évitant les contraintes dues àl'usure. Les grandes vitesses de glissement (de 13 m/s a 60 m/s) et les petites vitesses de glissement (de 0 a 3 m/s) sont obtenues respectivement avec un canon à air comprimé et une machine hydraulique utilisant le même dispositif de frottement. Les caractéristiques intéressantes de ce dispositif de frottement dynamique sont liées à la vitesse de glissement identique pour tous les points de la zone de contact et au processus de frottement quasi stationnaire atteint après une courte phase transitoire. Les effets sur le frottement de la pression normale p et de la vitesse de glissement v sont examinés. Les résultats obtenus pour le coefficient de frottement acier sur acier sont en accord avec ceux collectes dans la littérature et permettent de valider ce dispositif expérimental. Un deuxième couple de matériaux (acier sur carbure de tungstène non revêtu) a été teste pour reproduire l'interaction outil-copeau en usinage a grande vitesse. La chute du coefficient de frottement avec l'augmentation de la vitesse de glissement est confirmé. Cependant pour les plus grandes vitesses, une tendance opposé est observé. Enfin, les réultats du coefficient de frottement calculé avec les modèles proposes par ettles et molinari et al. Sont comparés avec les données mesurés avec le dispositif expéimental

The understanding of friction laws is of major importance for modelling of metal forming processes and wear, among other applications. Few studies are concerned by friction at high sliding velocities. An original experimental device has been designed to study dry friction under static and dynamic conditions avoiding the constraints due to the wear. High sliding velocities (from 13 m/s to 60 m/s) and low sliding velocities (from 0 m/s to 3 m/s) are obtained respectively with an air gun set-up and a hydraulic machine using this same friction device. The interesting features of this dynamic friction set-up are related to the sliding speed is identical at any points of the contact zone and that a quasistationary friction process is obtained after a short transient. The effects on friction of the normal pressure p, and of the sliding velocity v are investigated. The results obtained for steel on steel friction coefficient are in agreement with those collected in the literature and allow to validate this experimental device. A second sliding pair of materials (steel on uncoated tungsten carbide) was tested to reproduce the tool-chip interaction during high speed machining. The usual decreasing friction coefficient with increasing sliding velocity v is confirmed. However, for higher velocities an opposite trend is observed. Finally, the results of dry friction coefficient calculated with the models proposed by ettles and by molinari et al. Were compared to the steel on steel data measured with the experimental device.