Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

N° d'ordre 99 ISAL 0121 1999 THESE présentée DEVANT L'INSTITUT NATIONAL DES SCI

N° d'ordre 99 ISAL 0121 1999 THESE présentée DEVANT L'INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE LYON pour obtenir LE GRADE DE DOCTEUR FORMATION DOCTORALE : MÉCANIQUE ECOLE DOCTORALE DES SCIENCES POUR L’INGÉNIEUR DE LYON : MÉCANIQUE, ENERGÉTIQUE, GÉNIE CIVIL, ACOUSTIQUE (MEGA) PAR Jérôme MOLIMARD Ingénieur INSA Lyon ETUDE EXPÉRIMENTALE DU RÉGIME DE LUBRIFICATION EN FILM MINCE - APPLICATION AUX FLUIDES DE LAMINAGE. Soutenue le 21/12/1999 devant la Commission d'Examen : Jury MM. Patrick DENEUVILLE CRV - Pechiney Louis FLAMAND LMC - INSA Lyon Maxime LAUGIER IRSID - Usinor Pierre MONTMITONNET CEMEF - ENSMP Rapporteur Jean-Pierre PETITET LIMHP - Univ. Paris XIII Michel QUERRY LMC - INSA Lyon Philippe VERGNE LMC - INSA Lyon Bernard VILLECHAISE LMS - Univ. Poitiers Rapporteur Cette thèse a été préparée au Laboratoire de Mécanique des Contacts de L'INSA de LYON Résumé La qualité des tôles mises en forme par laminage à froid dépend grandement du contact entre la tôle, le lubrifiant et les cylindres du laminoir. L'exigence de qualité conduit à privilégier une lubrification en régime mixte, pour laquelle des interactions entre aspérités ont lieu. Le rôle du lubrifiant et surtout de ses additifs est alors essentiel pour protéger les surfaces. Ce travail propose d'étudier le comportement du lubrifiant lorsque la hauteur de film est très faible et mettre ainsi en évidence le rôle de certains additifs. Pour cela, une nouvelle technique de mesure de hauteur, couplant la visualisation classique du contact ponctuel par interférométrie avec un procédé original de traitement d'images a été développée. Des tests réalisés avec un contact statique montrent que la gamme de hauteur de film de lubrifiant accessible s'étend de 1 à 800 nm. En outre, des cartographies à l'échelle locale sont présentées dans le cas d'un contact dynamique lubrifié ou d'un contact statique fortement perturbé. Cette technique est utilisée tout d'abord pour l'étude de lubrifiants de laboratoire en régime élastohydrodynamique ou en régime de lubrification en film mince. La comparaison de nos résultats avec des données bibliographiques, des modèles numériques ou une technique d'analyse d'images différente permet la validation des méthodes développées. Des essais sont ensuite conduits sur deux lubrifiants industriels. Selon que des additifs soient ajoutés ou non, le comportement en film mince est différent. En leur présence, une hauteur limite apparaît (2 à 3 nm) et la génération de film peut devenir plus importante sur une faible plage de hauteur (≤40 nm). Une modélisation est proposée. Elle prend en compte un phénomène de ségrégation et/ou un phénomène d'adsorption assurant la protection des surfaces. Les résultats trouvés sont cohérents avec les études d'autres lubrifiants réalisées avec des machines de force de surface ou par analyse spectrale de la lumière. Abstract In the cold rolling process, the strip's quality deeply depends on the contact between the strip, the lubricant and the rolls. This quality requirement leads to favor the mixed lubrication regime. In this case, important interactions between surface asperities are expected. The lubricant and overall the additives have the important task to protect surfaces. This work suggests studying the lubricant behavior when film thickness is very small in order to bring the additives influence to light. A new film thickness measurement method coupling the classical white light interferometry on a point contact to original image analysis software is designed. First tests on a static smooth contact, then on a rough static one, and last on a dynamic smooth one show the possibility to obtain a precise film thickness map in a range from 1 to 800 nm. At first, this technique is used with laboratory lubricants in elastohydrodynamic lubrication or thin film lubrication. Results are compared to literature, numerical models and another image analysis software. This shows proof of the method's capacity to study thin film regime. In a second time, studies are performed on two industrial lubricants. The behavior in thin film lubrication is different whether additives are placed or not in the lubricants. If they are some, a limit thickness appears (2 or 3 nm) and the film thickness can be more important in a low thickness range (typically under 40 nm), preventing surfaces diseases. A model is proposed. It takes into account adsorption and segregation phenomena. Results are consistent to other studies for various lubricants on surface force apparatus or by spectral analysis methods. TITRE ETUDE EXPÉRIMENTALE DU RÉGIME DE LUBRIFICATION EN FILM MINCE - APPLICATION AUX FLUIDES DE LAMINAGE. RÉSUMÉ La qualité des tôles mises en forme par laminage à froid dépend grandement du contact entre la tôle, le lubrifiant et les cylindres du laminoir. L'exigence de qualité conduit à privilégier une lubrification en régime mixte, pour laquelle des interactions entre aspérités ont lieu. Le rôle du lubrifiant et surtout de ses additifs est alors essentiel pour protéger les surfaces. Ce travail propose d'étudier le comportement du lubrifiant lorsque la hauteur de film est très faible et mettre ainsi en évidence le rôle de certains additifs. Pour cela, une nouvelle technique de mesure de hauteur, couplant la visualisation classique du contact ponctuel par interférométrie avec un procédé original de traitement d'images a été développée. Des tests réalisés avec un contact statique montrent que la gamme de hauteur de film de lubrifiant accessible s'étend de 1 à 800 nm. En outre, des cartographies à l'échelle locale sont présentées dans le cas d'un contact dynamique lubrifié ou d'un contact statique fortement perturbé. Cette technique est utilisée tout d'abord pour l'étude de lubrifiants de laboratoire en régime élastohydrodynamique ou en régime de lubrification en film mince. La comparaison de nos résultats avec des données bibliographiques, des modèles numériques ou une technique d'analyse d'images différente permet la validation des méthodes développées. Des essais sont ensuite conduits sur deux lubrifiants industriels. Selon que des additifs soient ajoutés ou non, le comportement en film mince est différent. En leur présence, une hauteur limite apparaît (2 à 3 nm) et la génération de film peut devenir plus importante sur une faible plage de hauteur (≤40 nm). Une modélisation est proposée. Elle prend en compte un phénomène de ségrégation et/ou un phénomène d'adsorption assurant la protection des surfaces. Les résultats trouvés sont cohérents avec les études d'autres lubrifiants réalisées avec des machines de force de surface ou par analyse spectrale de la lumière. MOTS-CLÉS LUBRIFICATION ÉLASTOHYDRODYNAMIQUE, LUBRIFIANT, ADDITIF, INTERFÉROMÉTRIE, LAMINAGE À FROID, MISE EN FORME, TRIBOMÈTRE BILLE-DISQUE. TITLE EXPERIMENTAL STUDY OF THIN FILM LUBRICATION - APPLICATION TO METAL ROLLING FLUIDS ABSTRACT In the cold rolling process, the strip's quality deeply depends on the contact between the strip, the lubricant and the rolls. This quality requirement leads to favor the mixed lubrication regime. In this case, important interactions between surface asperities are expected. The lubricant and overall the additives have the important task to protect surfaces. This work suggests studying the lubricant behavior when film thickness is very small in order to bring the additives influence to light. A new film thickness measurement method coupling the classical white light interferometry on a point contact to original image analysis software is designed. First tests on a static smooth contact, then on a rough static one, and last on a dynamic smooth one show the possibility to obtain a precise film thickness map in a range from 1 to 800 nm. At first, this technique is used with laboratory lubricants in elastohydrodynamic lubrication or thin film lubrication. Results are compared to literature, numerical models and another image analysis software. This shows proof of the method's capacity to study thin film regime. In a second time, studies are performed on two industrial lubricants. The behavior in thin film lubrication is different whether additives are placed or not in the lubricants. If they are some, a limit thickness appears (2 or 3 nm) and the film thickness can be more important in a low thickness range (typically under 40 nm), preventing surfaces diseases. A model is proposed. It takes into account adsorption and segregation phenomena. Results are consistent to other studies for various lubricants on surface force apparatus or by spectral analysis methods. KEY WORDS ELASTOHYDRODYNAMIC LUBRICATION, LUBRICANT, ADDITIVE, INTERFEROMETRY, COLD ROLLING, METAL WORKING, BALL- ON-DISK TRIBOMETER. Jérôme MOLIMARD ÉTUDE EXPÉRIMENTALE DU RÉGIME DE LUBRIFICATION EN FILM MINCE-APPLICATION AUX FLUIDES DE LAMINAGE LYON 1999 Page 1 Page 2 Page 3 Page 4 Page 5 Page 6 Page 7 Page 8 Avant propos Avant propos L'étude présentée dans ce mémoire a été réalisée dans le cadre d'une convention CIFRE de l'ANRT établie entre l'IRSID (Usinor) et le Laboratoire de Mécanique des Contacts (UMR CNRS/INSA 5514) de l'Institut National des Sciences Appliquées de Lyon. Il fait partie d'un Contrat Programme Recherche « Mise en forme des Matériaux : contact métal-outil-lubrifiant » entre le CNRS, l'IRSID, Pechiney CRV, l'ECL (LTDS), l'INSAL (LMC), l'ENSMP (CEMEF), l'INPT (IMF), le Collège de France (PMC), l'Université d'Orsay (LMS) et le CNRS (SCA). J'exprime ma profonde gratitude à Monsieur Louis FLAMAND, Directeur du Laboratoire de Mécanique des Contacts, pour m'avoir permis d'entreprendre cette recherche et pour l'avoir dirigée. J'associe pleinement à ce travail Messieurs Michel QUERRY et Philippe VERGNE pour nos nombreuses discussions, leurs conseils uploads/Litterature/ calcul-de-l-x27-effort-de-laminage.pdf