Compétences en ingénierie

Durée de vie accrue grâce au graphite

N.B. : le produit SKF mentionné dans cet article n’est plus disponible à la vente.

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Résumé

Pour les applications de machines caractérisées par des températures élevées associées à de faibles vitesses, la lubrification est parfois un véritable casse-tête. Avec l’introduction des roulements SKF DryLube, SKF dispose désormais de produits et solutions à lubrification sèche qui résolvent de nombreux problèmes liés à la lubrification conventionnelle à la graisse ou à l’huile. La lubrification sèche contribue à un fonctionnement fiable des roulements, une réduction des coûts d’exploitation, une diminution de la complexité des machines et des besoins de maintenance – y compris à des températures atteignant les 350°C.

Liens apparentés

SKF DryLube Bearings

Contact commercial

Hugo Carlen, Hugo.Carlen@skf.com

N.B. : le produit SKF mentionné dans cet article n’est plus disponible à la vente.

De nombreux roulements sont utilisés dans des environnements où les températures sont très élevées. Or, peu de lubrifiants supportent la chaleur. SKF a mis au point des solutions de roulements à lubrification sèche pour températures extrêmes qui bénéficient aux clients des secteurs de la métallurgie, des matériaux de construction et de l’agroalimentaire, entre autres.

La lubrification sèche est particulièrement adaptée aux applications qui combinent des vitesses faibles avec des températures extrêmement élevées.

Dans ces applications, où les roulements sont généralement soumis à des températures très élevées (entre 200 et 350°C), des lubrifiants ordinaires comme la graisse et l’huile se détériorent rapidement, ce qui nuit à la lubrification des roulements et conduit à des défaillances prématurées de ces derniers. La lubrification sèche n’est pas affectée par ces températures élevées, supporte de fortes charges, offre une grande stabilité thermique et permet un fonctionnement pratiquement sans maintenance.  Pour toutes ces raisons, les roulements à lubrification sèche présentent un formidable potentiel, notamment au sein de l’industrie métallurgique. Sur les lits de refroidissement des tôles, une installation type peut compter environ 5 000 roulements (Fig. 1). Ces roulements fonctionnent souvent par intermittence sous des températures très élevées et, compte tenu de la nature de l’équipement, leur relubrification s’avère très difficile.

SKF possède une longue expérience de la fabrication des roulements rigides à billes et roulements Y à lubrification sèche dotés d’une cage en graphite (variantes VA208 et VA228). Ces roulements à billes sont souvent utilisés sur les wagonnets de fours (Fig. 3), les lits de refroidissement (Fig. 1 et 2) et les fours continus (Fig. 8). Avec l’introduction de la vaste gamme de roulements à lubrification sèche SKF DryLube, les avantages de ce mode de lubrification peuvent désormais être appliqués à pratiquement n’importe quel roulement SKF, y compris les roulements à rouleaux et les rotules.

Roulements à lubrification sèche
Leurs roulements SKF DryLube utilisent le graphite et le bisulfure de molybdène comme lubrifiants secs. Leurs propriétés lubrifiantes proviennent de la structure en lamelles qui se crée sous charge lorsque le lubrifiant adhère aux surfaces de contact à l’intérieur du roulement. Cette structure multicouche permet un mouvement de glissement des plaques parallèles (Fig. 5). La faible adhérence des plaques entre elles se traduit par une faible résistance au cisaillement dans le sens du mouvement de glissement, mais une résistance élevée aux contraintes de compression perpendiculaires au mouvement de glissement. De plus, un lubrifiant solide doté d’une résistance à la compression élevée est capable de supporter de fortes charges sans générer de contact métal sur métal. Enfin, le lubrifiant sec présente une excellente adhérence au substrat. Dans le cas du graphite, les propriétés lubrifiantes sont encore renforcées par la présence de vapeur entre les couches de graphite car celle-ci a pour effet de réduire les contraintes de cisaillement et le frottement. Le graphite peut servir de lubrifiant à des températures largement supérieures à 500°C. Pour accroître encore les performances ou la durée de service des roulements SKF DryLube, il existe des variantes qui combinent la lubrification sèche à l’utilisation d’additifs d’huile haute température et de nanoparticules lubrifiantes.

Pour créer un roulement SKF DryLube, on injecte le lubrifiant solide et un liant à base de résine dans l’espace libre du roulement situé autour des éléments roulants et des pistes. Un procédé de durcissement permet au lubrifiant de se solidifier. Ce procédé permet de transformer pratiquement n’importe quel roulement SKF en roulement SKF DryLube, à condition que le roulement de départ soit équipé d’une cage métallique et dispose d’un espace libre suffisant pour accueillir le lubrifiant sec (Fig. 6).

En fonctionnement, le lubrifiant sec maintient sur les pistes et les éléments roulants un film très mince qui contribue à éviter un contact métal sur métal.

Avantages de la lubrification sèche
La lubrification sèche permet d’obtenir de meilleures performances des roulements, et offre des avantages particuliers en cas de températures extrêmes. Les lubrifiants secs se traduisent également par un faible couple au démarrage, quelle que soit la température, et un faible moment de frottement en fonctionnement. Les roulements à lubrification sèche offrent également d’excellentes performances à très faible vitesse.

Sur le plan environnemental, l’utilisation d’un lubrifiant sec à la place de la graisse évite les problèmes de fuites. À des températures élevées, la viscosité de la graisse diminue, augmentant les risques de fuites. Les lubrifiants fluides peuvent même s’évaporer au-delà d’une certaine température. Il convient par ailleurs de tenir compte des coûts d’élimination de la graisse usagée, et de la relubrification, quel que soit le procédé. Du point de vue de la sécurité, une relubrification effectuée dans des environnements très chauds peut présenter des dangers. L’utilisation de lubrifiants secs apporte des réponses à toutes ces problématiques environnementales et de sécurité puisque le roulement peut être lubrifié pour toute sa durée de vie avec une perte de lubrifiant minimale.

Certaines conditions doivent être respectées pour obtenir des performances optimales des roulements en fonctionnement. Dans le cadre d’une lubrification sèche, il est important de maintenir les roulements parfaitement secs pour éviter d’éventuels problèmes de corrosion, car le lubrifiant sec n’offre qu’une protection limitée contre la corrosion. En fonctionnement, les roulements à lubrification sèche peuvent présenter une augmentation temporaire du bruit et des vibrations sous l’effet de la libération de petits fragments de lubrifiant solide. Ce phénomène est sans effet sur les performances ou la durée de service du roulement.

Conclusions
Dans les applications où la lubrification sèche peut être utilisée, elle résout les problèmes posés par l’association de températures élevées et de vitesses fréquemment faibles. En effet, dans des applications susceptibles de présenter des défaillances hebdomadaires avec une lubrification conventionnelle, les roulements à lubrification sèche peuvent fonctionner de longues années, à condition d’être maintenus parfaitement secs, et tolèrent en outre des vitesses faibles, y compris si les températures atteignent les 350°C.

L’utilisation de roulements à lubrification sèche peut considérablement réduire la complexité des systèmes de roulements, en supprimant la nécessité de systèmes de refroidissement et de relubrification, ainsi que les besoins de maintenance. La gamme de roulements SKF DryLube est par ailleurs conçue pour offrir un degré élevé de fiabilité opérationnelle, y compris à une température très élevée, ce qui contribue à réduire les coûts d’exploitation de l’équipement.