Roulements - 24/10/2021
Gains de compétitivité avec les roulements à rouleaux sphériques NSK série TL
Les roulements à rouleaux sphériques NSK série TL sont utilisés dans le monde entier dans une multitude d'applications de machines à papier. Comparé aux roulements à rouleaux sphériques classiques avec traitement thermique standard, ce produit avancé rencontre un succès croissant en raison d'un certain nombre d'avantages distincts, notamment une meilleure résistance de la bague intérieure, une durée de vie accrue et une stabilité dimensionnelle supérieure aux températures de fonctionnement élevées.
Les roulements TL (Tough & Long life : résistance et longévité) ont été développés en réponse à un problème spécifique : les fractures de bague intérieure des roulements à rouleaux sphériques avec alésage conique, notamment lorsqu'ils sont utilisés avec un ajustement serré relativement important. Ce problème est fréquent sur les cylindres sécheurs (y compris les sécheurs de type Yankee) et les cylindres calandreurs, où de la vapeur surchauffée traverse les tourillons creux des cylindres sécheurs et le centre des roulements. La différence de température qui s'ensuit rend l'ajustement plus serré, ce qui augmente considérablement les contraintes circonférentielles des bagues intérieures et accroît les risques de fracture.
NSK savait que la clé d'une solution réussie résidait dans la mise au point d'un roulement capable de mieux résister aux contraintes circonférentielles. NSK a donc décidé de créer les spécifications TL, reposant sur un acier avec une formulation pour la cémentation et une méthode de traitement thermique spéciale. D'un point de vue métallurgique, les chemins de roulement sont plus durs que l'acier à roulement classique, mais le noyau reste tendre. Ce contraste offre la résistance aux chocs nécessaire pour éviter les fractures ainsi que la dureté superficielle indispensable à une longue durée de vie du roulement.
Tests comparatifs
La résistance des bagues intérieures conformes aux spécifications TL est supérieure à celle des bagues intérieures en acier bainitique ou en acier pour roulements standard, comme l'a montré une série d'essais de fracture comparatifs. Ces essais consistaient à soumettre les bagues intérieures à une charge radiale de 2000 kg à une vitesse de rotation de 1800 tr/min, tout en appliquant simultanément une valeur mesurée de contrainte circonférentielle.
En particulier, les bagues fabriquées en acier à roulement, dont certaines avec un traitement thermique standard et d'autres avec un traitement bainitique, se sont fracturées sous une contrainte circonférentielle de 400 MPa après 1 x 107 tours et 7 x 107 tours respectivement (en moyenne). En revanche, l'acier aux spécifications TL ne s'est pas fracturé sous une contrainte de 430 MPa, même après 3 x 108 tours (image 2). Les bagues TL ont également légèrement dépassé celles fabriquées à partir d'acier cémenté avec un traitement de stabilisation dimensionnelle.
Ces performances élevées s'expliquent en partie par la contrainte résiduelle (après traitement thermique) présente dans les bagues intérieures testées en fracture, fabriquées à partir d'acier TL. La contrainte résiduelle s´est avérée nettement plus élevée dans les pièces d'essai en acier TL par rapport à celles en acier à roulement ayant subi un traitement thermique standard ou un traitement bainitique. La contrainte résiduelle agit en sens inverse de la contrainte circonférentielle, avec pour effet de supprimer cette force indésirable.
Lors des essais de durée de vie en fatigue, les roulements série TL ont tous affiché des performances sensiblement supérieures à celles des autres types de matériaux de roulements, si l'on compare les diagrammes de Weibull des résultats d´essais (image 3).
Autre caractéristique importante des spécifications TL : la dureté superficielle plus élevée du chemin de roulement par rapport aux roulements en acier bainitique ou en acier de cémentation. Les mesures de l'acier TL ont révélé une dureté de 710-720 HV (60,5-61,0 HRc). Cette valeur se compare favorablement à celle de l'acier à roulement avec traitement de stabilisation dimensionnelle (690-700 HV, 59,5-60,0 HRc), de l'acier à roulement avec traitement bainitique (670-680 HV, 58,5-59,3 HRc) et de l'acier cémenté avec traitement de stabilisation dimensionnelle (680-700 HV, 59-60 HRc).
La technologie de traitement thermique des matériaux propriété de NSK sert également à soutenir la stabilité dimensionnelle à haute température, comme l'ont démontré d'autres tests. Les roulements fabriqués à partir d'acier TL (à une température de 150°C) ont montré un taux négligeable de modification dimensionnelle (environ 0,002%) après 10 000 heures - inférieur à l'acier à roulement avec traitement de stabilisation dimensionnelle (à 130°C) et nettement inférieur à l'acier à roulement avec traitement thermique standard.
Avantages avérés
L'acier à roulement TL de NSK offre en définitive une résistance à la contrainte circonférentielle 60% supérieure et une durée de vie en fatigue multipliée par cinq par rapport à l'acier pour roulements avec traitement bainitique, ainsi qu´une résistance à la contrainte circonférentielle 180% supérieure et une durée de vie en fatigue multipliée par deux par rapport à l'acier à roulement avec traitement thermique standard. Ces avantages en termes de performances se traduisent par une productivité accrue et un véritable gain de compétitivité pour les utilisateurs.
La notoriété des roulements série TL est en hausse dans toute l'Europe. Par exemple, une entreprise russe renommée de la filière papier désireuse de moderniser sa machine de fabrication de carton a récemment pris livraison de roulements à rouleaux sphériques série TL pour 108 cylindres sécheurs (côté entraînement et côté opposé). Les excellentes performances et caractéristiques du produit ont été les principales raisons de la décision d'achat. De nombreux roulements série TL sont également en service dans les sections de séchage des machines à papier et à carton d'autres usines en Russie, notamment pour une application de rouleau de feutre.
En raison du nombre croissant de fabricants de machines et d'usines de papier cherchant à optimiser la durée de vie et le temps de fonctionnement, NSK produit aujourd'hui plus de 100 tailles/types de roulements TL différents, permettant ainsi à un large éventail de clients d´obtenir de meilleures performances et d´accroitre leur rentabilité.
Photo 1 : Les roulements à rouleaux sphériques NSK en acier TL offrent une longévité multipliée par deux par rapport à leurs homologues classiques.
Photo 2 : Les résultats des essais de fracture de la bague intérieure attestent des gains de performance offerts par les roulements NSK série TL.
Photo 3 : La longévité accrue des roulements à rouleaux sphériques NSK TL ressort clairement d'une série de tests comparatifs.
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