Pourquoi choisir un roulement à billes surmoulé de plastique?
posté le 23 mars 2012
Dans l’industrie, il existe beaucoup d’applications où les roulements à billes ont besoin d’un enrobage plastique. Il y a plusieurs raisons de choisir des galets surmoulés plutôt que des roulements à billes complètement fabriqués en acier, en voici quelques-unes :
Réduction du bruit
Prenons par exemple l’industrie des portes automatiques. Si la conception des systèmes de guidages des portes était basée sur des guidages avec des galets en acier et des rails en acier l’ensemble ferait un bruit énorme. Ce qui n’est ni concevable pour les fabricants de portes, ni pour les utilisateurs finaux. De plus, les portes qui sont dans ce système, souvent vitrées avec des cadres en aluminium ou en acier, provoquent des effets de résonance. C’est la raison pour laquelle des galets avec surmoulage en polymère (souvent renforcé par des fibres de verre ou de carbone) sont choisit pour ce genre d’application. Ici le challenge est de trouver le bon compromis entre la dureté de l’enrobage plastique afin de ne pas créer trop de bruit en étant trop dur et le phénomène d’aplatissement qui se produit lorsque la porte reste immobile durant plusieurs jours voir semaines. Des analyses FEM et des essais sur des bancs de tests spéciaux permettent de mesurer ces déformations (fluage) en fonction des paramètres de l’application.
Réduction de masse
Certains ensembles sont parfois sujets à des géométries excentriques afin de générer des mouvements et déplacements particuliers. Or, dans ces cas là, c’est souvent l’inertie des composants qui limite les cadences de fonctionnement et de rotation. C’est parfois en s’orientant vers des composants en matière plastique qui, une fois renforcée de fibres de verre ou de carbone, offre une grande rigidité que l’on peut gagner des dizaines de tours par minute grâce à des composants plus légers.
Aspect économique
Selon les quantités nécessaires à l’application finale, le choix d’un roulement surmoulé en plastique peut s’avérer économiquement judicieux. En effet, le procédé de fabrication d’un roulement surmoulé par du plastique nécessite parfois un outillage spécifique et requiert donc un investissement de départ. Mais en fonction de la quantité de pièces nécessaires, ces coûts de départ sont répartissables sur le prix de chaque pièce. Ce qui ne représente au final que quelques centimes par pièce (si le nombre de pièce est élevé). Le prix de la matière première étant plus bas que l’acier, il est donc intéressant de réfléchir à cette possibilité.
Granulés de plastiques avant le procédé d'injection.
Moins de déchets, plus de respect de l’environnement
Avec l’utilisation des canaux chauds dans les moules d’injection, les déchets dus au procédé d’injection sont quasiment nuls. De plus, le procédé permet donc de ne plus devoir partir d’une barre de 80mm de diamètre pour pouvoir sortir une bague de 74mm de diamètre final comme c’est le cas avec l’acier, ce qui créé beaucoup de déchets. Mais plutôt d’injecter soit directement la dimension souhaitée (si les tolérances géométriques ne sont pas trop petites), soit de laisser une mince sur-épaisseur permettant une reprise par tournage afin de garantir une concentricité proche de la perfection avec le roulement et des dimensions au dixième de millimètre près.
Charges ne nécessitant pas un roulement 100% en acier
Parfois, dans l’industrie, des choses sont surdimensionnées et utilisées par habitude. C’est dans ces cas que le ré-engineering prend tout son sens. En effet, si un roulement en acier n’est chargé qu’avec quelques centaines de Newtons, il se peut qu’une unité en acier-plastique plus économique puisse le remplacer.
Allongement des durées de vie
Grâce à l’utilisation de matières plastiques, on peut éviter des défaillances dans des systèmes. Par exemple, lorsque la corrosion est un problème, le plastique n’en souffre pas. Lorsque le type de contact (par exemple acier-acier) souffre d’usure, le plastique peut parfois résoudre les problèmes en tenant compte des autres paramètres du cahier des charges de l’application. Lorsque des problèmes d’échauffement ou de conductibilité électrique apparaissent, le plastique peut permettre d’isoler certains composants.
Profils personnalisés / liberté géométrique
La créativité des ingénieurs n’a presque plus de limites avec le procédé d’injection. Beaucoup plus de choses sont possibles grâce à des conceptions de moules à tiroirs, aux possibilités d’injections à deux composants. L’innovation prends tout son sens et dépasse les limites dimensionnelles et géométriques de l’acier.
Des matériaux si différents sont rarement concurrents, par contre, il existe un énorme potentiel à combiner leur propriétés...
Pourquoi seuls les spécialistes maitrisent vraiment l’art de la combinaison du roulement et du plastique.
Parce que ça n’est pas si simple que cela peut paraître. Effectivement, pour qu’un produit puisse tenir plus que quelques heures dans une application, il ne suffit pas de prendre un vulgaire roulement 608 venant d’un catalogue d’un grand roulementier et de le surmouler avec du plastique (voir résultat sur la photo ci-dessous). Les paramètres à respecter sont nombreux pour ne pas se retrouver avec des roulements surmoulés n’importe comment provoquant des casses dans les produits chez les utilisateurs finaux. Ce qui n’es jamais bon pour son image de marque.
Roulement catalogue surmoulé de POM, rupture de la ligne de soudure dû à l'incompatibilité avec la graisse et les huiles de protection. (produit bas de gamme)
Lors du processus d’injection d’un roulement, la température peut grimper jusqu’à 250° – 300°. Il faut donc certaines connaissances afin de ne pas détériorer la graisse ni les caractéristiques de l’acier (Recuit non souhaité dû à l’injection et perte de dureté de l’acier et donc des propriétés mécaniques du roulement) .
La précision en largeur du roulement doit être ajustée au moule afin de garantir une étanchéité parfaite dans le moule. Ce qui nous mène à utiliser des roulements spéciaux à tolérances de largeur réduite ou à créer un outil d’injection à largeur variable adaptatif. Les pressions sur le roulement à billes lors du procédé d’injection sont telles qu’elles peuvent créer des déformations sur l’anneau extérieur. Ainsi, les pistes de roulement peuvent se voir endommager. Ce qui mène donc à une destruction prématurée du roulement. C’est la raison pour laquelle des analyses, calculs et simulations sont indispensables afin de pouvoir assurer un process parfait.
La technique d’accrochage du plastique au roulement est elle aussi très particulière et vitale. Injecter un roulement standard à profil extérieur cylindrique est similaire à monter des pneus déjà crevés sur une voiture neuve. Il y a de nombreuses méthodes d’accrochages existantes dont certaines font même l’objet d’un brevet déposé.
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JESA Spinning solutions.
Roulements spéciaux destinés à une unité de précision dans l'industrie du textile.
www.jesa.com
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). Mais la fiabilité est avant tout le point le plus important. Ça serait dommage de devoir abandonner une course pour un roulement défectueux…
