LE SABLAGE EST LA TECHNIQUE DE LA POLYVALENCE

Moyenant une bonne commande de processus, le sablage offre bien des possibilites

Les procédés de sablage sont utilisés pour les applications les plus diverses dans l’industrie métallique. En effet, ils se prêtent aussi bien à des tâches préparatoires au sein d’applications de laquage par exemple qu’à la finition de surfaces en acier inoxydable, notamment. Et il y a encore le terrain de jeu intermédiaire des systèmes de grenaillage, un must dans la fabrication de pièces de haute qualité pour, notamment, l’univers de l’aérospatiale. Evoquer le sablage, c’est clairement évoquer la polyvalence.

Piet Debisschop - 8 mai 2019

OMNIPRESENCE

Dans l’industrie métallique, le sablage est présent depuis plusieurs décennies déjà. Les applications sont aussi multiples, parce que les techniques de sablage peuvent apparaître dans différentes étapes du processus: il y a le travail préparatoire comme le dérouillage, le surfaçage ciblé ou l’ébavurage. Avec le grenaillage robotisé, des pièces pour applications automobiles ou aéronautiques sont bombardées de jets ou de billes de verre de façon contrôlée. Ceci afin de déplacer, lisser et finalement évacuer les tensions de matériau créées notamment dans les étapes d’usinage d’un processus. Une étape de processus critique qui anticipe la cassure découlant de la tension accumulée dans des éléments critiques. Et pour terminer, il y a le terrain de jeu esthétique et même artistique, dans lequel les techniques de sablage jouent un rôle crucial dans la finition finale. L’effet martelé perlé si joli sur l’inox résulte par exemple du sablage de finition avec des billes de verre.

MILIEUX DE SABLAGE

Toutes les techniques de sablage ont un dénominateur commun important: elles travaillent toutes un certain milieu, le grain. Celui-ci est déplacé vers la pièce à grande vitesse, impacte la surface cible et influence ainsi la structure surfacique. En principe, on distingue trois groupes de grain principaux:

• les grains ronds, qui exerceront un effet marteau lors de l’impact;
• le grain fortement anguleux et abrasif qui apportera la rugosité;
• les formes hybrides: celles-ci sont généralement des grains ronds brisés qui montrent des chants tant arrondis que tranchants. 

Pour certaines applications, comme le post-usinage dans les processus de laminage, cette propriété est particulièrement souhaitée. Le grain prépare en effet les joints de tôle aux phases de soudage ultérieures par un surfaçage contrôlé.

Le voyage fantastique d’un grain abrasif à travers une grenailleuse à charge suspendue Rösler
Ce film d’animation aborde le fonctionnement d’une sableuse à turbine, aussi connue comme grenailleuse. Lors du sablage, il est très important de réaliser la bonne structure et rugosité de surface. C’est pourquoi le processus est préalablement adapté de façon exacte au résultat qualité par le client. 
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SABLEUSES

Le but principal d’une sableuse consiste toujours à donner aux particules une importante quantité d’énergie cinétique. Celle-ci est donnée par la formule E = ½ mv², et montre surtout que, bien plus encore que la masse des particules, la vitesse sera déterminante pour l’impact final sur la surface cible. Les hautes vitesses sont atteintes via, notamment, un puissant flux d’air.

Sablage par injecteur

Le ‘sablage par injecteur’ s‘applique comme unité de sablage allround limitée, isolée, qui peut être commandée manuellement par des opérateurs. L’abrasif est par définition anguleux et abrasif et permet toutes sortes de travaux de préparation et de nettoyage.

Sablage par projection à roue

Le sablage par projection à roue recourt à une roue à palettes qui catapulte les particules abrasives à grandes vitesses vers la surface cible. La technique se prête parfaitement aux systèmes automatisés, parce que le flux d’abrasifs se contrôle avec une très grande précision. Tous les types de grain sont en outre utilisables. Avec les cabines de sablage par air classiques, on atteint des vitesses de particule de 50 à 60 m/s. Les roues de projection, par contre, atteignent de 80 à 100 m/s et même plus. L’impact est déterminé par l’énergie cinétique, la forme, et aussi la taille du grain et le matériau du grain abrasif utilisé.

MATERIAUX ET TENUE

Le choix du matériau du grain est décisif sur les systèmes de sablage. Pour les grains ronds, on peut utiliser le verre, l’inox, et aussi l’acier. Les tenues des grains ronds sont en outre nettement plus longues que celles des grains anguleux parce que l’intégrité est conservée très longtemps. Pour les abrasifs anguleux, c’est une toute autre histoire. En effet, l’impact abrasif implique aussi une séparation structurelle des grains. On utilise souvent les silicates d’aluminium, le corindon et les grenats. Des abrasifs qui, tous, connaissent une pénurie, si bien que l’industrie devra constamment chercher des alternatives synthétiques. Ceci met aussi en perspective l’ancienne donnée de l’abrasif unique. A terme, la gestion des abrasifs disponibles sera dès lors clairement une question de récupération, de régénération et d’entretien.

REGENERATION ET ENTRETIEN DES ABRASIFS

En définitive, les abrasifs ont aussi une certaine durée de vie et ne peuvent pas être engagés dans un cycle infini. Les milieux de sablage anguleux et durs sont surtout sujets à la cassure. Quelle que soit la robustesse du grain, l’évolution de la granulométrie du mélange suit toujours la direction des tailles de grain plus petites. Le contrôle du processus des systèmes de sablage implique dès lors toujours le suivi de la répartition des grains si importante de leurs milieux de sablage. Concrètement, ceci revient à déterminer de façon cumulative les fractions pondérales relatives pour différentes ouvertures de tamis. C’est une analyse de tamisage qui, avec un abrasif frais, est censée procurer un résultat correct par rapport à la courbe standard prédéfinie. Un usage intensif déplacera la courbe de plus en plus en direction des fractions plus petites, jusqu’à ce que la tolérance est atteinte et que l’abrasif doit être régénéré.

L’IMPORTANCE DE LA REGENERATION

Sur les machines à flux d’air à commande manuelle classiques, la surveillance des tailles de grain est rarement ou jamais à l’ordre du jour. Ceci pour deux raisons.

• Les applications telles que nettoyer, dérouiller ou délaquer, ne sont pas, pour commencer, de nature à faire de la rugosité un paramètre critique.
• De plus, on travaille dans environ 100% des cas avec une grenaille unique, dont la taille de grain ne peut jamais changer dans le processus, par définition.

Pour les systèmes automatiques qui récupèrent l’abrasif durant le cycle de sablage, la situation est quelque peu différente. Dans le cas des systèmes abrasifs, notamment, la rugosité de surface à obtenir est souvent liée à une norme relative aux exigences client. Ceci souvent dans le cadre des processus de laquage ultérieurs.

RUGOSITE ET STANDARDISATION

La section de chaque surface sablée par un milieu anguleux constitue une cascade de pics et de creux qui créent la rugosité finale nette. Celle-ci est définie par les différences de hauteur entre les pics les plus hauts et les plus bas de la section. La qualité finale du laquage à la poudre durci, par exemple, est toutefois déterminée dans une large mesure par cette rugosité sous-jacente parce que celle-ci est aussi proportionnelle à la surface de contact nette entre le revêtement et le substrat, un critère de base pour une adhésion durable.
En même temps, aucun pic de matériau ne doit saillir au-dessus de la couche de laque. En d’autres termes, la finition finale, la base d’adhérence et la rugosité de surface délivrée vont de pair parce que la rugosité contrôlée constitue une base d’adhérence importante pour de nombreux processus. En fonction de la rugosité finale visée, l’utilisateur peut opérer un choix adéquat parmi des systèmes de grain plus ou moins agressifs, ou aussi hybrides, et surveiller les résultats obtenus.

LA RUGOSITE EN PERSPECTIVE

La rugosité d’une surface métallique est un thème de discussion depuis des années. Ceci n’est pas étonnant, si l’on sait que la définition néglige en fait bien des détails sous-jacents. Au sens strict, seules les valeurs Ra et Rz déterminées comptent. Ra est la moyenne arithmétique de tous les écarts dans la section par rapport à la ligne zéro. La valeur Rz indique la hauteur moyenne de la profondeur de rugosité, aussi au sein de la section mesurée. Et c’est ici que le bât blesse parce que la mesure comprend un ou plusieurs échantillons dont la représentativité par rapport à la surface totale n’est pas prouvée. En effet, on travaille avec des moyennes associés à des valeurs extrêmes, alors qu’on ne connaît pas leurs proportions sur la pièce. Une comparaison photographique, comme outil complémentaire, offre souvent ici une solution parfaite parce qu’elle donne une bien meilleure idée de l’uniformité du sablage. On combine l’évaluation objective, la mesure, avec une évaluation subjective, visuelle. Les valeurs Ra et Rz, quoi qu’il en soit, sont des paramètres déterminants pour le contrôle de processus optimal dans les procédés de laquage, avec la surveillance proactive de la répartition des grains. Les tenues s’améliorent, les flux de déchets sont moindres, et on garde une bien meilleure constante dans le processus de sablage. Plus on garde longtemps la même répartition de grains, plus le profil de sablage est constant et uniforme dans la pièce. Le message reste dès lors de procéder régulièrement à des analyses de tamisage. A défaut, les fractions de particules plus grandes s’échappent à terme à cause d’une cassure, si bien qu’on conserve encore une action abrasive mais qu’on n’atteint jamais le profil de rugosité visé. 

Merci à Rösler, Straaltechniek et Magistor