Graisses industrielles - Cours de Mécanique industrielle avec Maxicours

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Graisses industrielles

1. Introduction

Rappelez-vous qu'une graisse est une substance dont la densité varie de semi-solide à solide.

L'ingrédient de base d'une graisse industrielle (figure suivante) est : de l'huile minérale ou de l'huile synthétique (environ 85 %) à laquelle on ajoute :

  • un épaississant (environ 10 %) ;
  • des additifs (environ 5 %) pour satisfaire une lubrification optimale.

Les additifs présents dans une graisse sont :

  • les inhibiteurs de corrosion ;
  • les agents d'anti-usure et d'oxydation ;
  • les additifs d'adhérence ;
  • les agents "extrême pression" et hydrofuges ;
  • les désactivateurs de métaux.

Composition d'une graisse industrielle :

Notez que les graisses fabriquées à partir de l'huile synthétique (graisses synthétiques) :

  • s'oxydent moins que les graisses minérales ;
  • résistent mieux à des températures plus élevées.

Avantages de la graisse par rapport à l'huile :

Utiliser la graisse plutôt que l'huile procure de nombreux avantages.

1) Elle reste en place comparativement à l'huile qui coule, ce qui entraîne la diminution de la fréquence de lubrification des roulements.

2) Elle ne requiert pratiquement pas de surveillance (par exemple : les roulements "scellés à vie") et permet une conception simplifiée du bâti du roulement.

3) Elle empêche l'accès des impuretés comme l'humidité, la vapeur, la poussière, etc.

4) Elle offre :

  • une meilleure protection contre l'eau et les abrasifs ;
  • une bonne adhérence ;
  • une bonne étanchéité ;
  • une bonne accessibilité aux points de graissage des paliers ;
  • une performante dans les conditions extrêmes telles la température, la pression, les charges de choc et les vitesses faibles ou les départs immédiats ;
  • une l'utilisation des additifs solides.

En contrepartie l'huile :

  • facilite le drainage et le nettoyage des impuretés ;
  • se prête mieux aux variations de température et de vitesse ; 
  • peut également agir comme un agent de nettoyage, d'épuration et de refroidissement dans un système de circulation ;
  • permet, de plus, l'utilisation de filtres pour enlever les contaminants et les saletés ;
  • elle humecte les surfaces à lubrifier à cause de sa fluidité.
2. Types de graisses

L'addition d'un épaississant à chacune des graisses est l'élément qui les différencie.

Il existe deux types de graisses :

  • les graisses sans savon ;
  • les graisses avec savon.

L'industrie utilise très peu les graisses sans savon qui sont à base d'argile. Ces graisses argileuses sont conçues pour les applications à haute température.

Les graisses avec savon, sont le produit d'huiles épaissies au savon métallique.

Ces savons donnent à la graisse une consistance semi-solide. Ces graisses avec savon se divisent en trois catégories : simple, mixte et complexe.

- Les graisses à savon simple sont composées d'un acide gras (substance paraffinée et tirée de graisses animales ou d'huiles végétales) et d'une base (hydroxyde de métal). Les types communs d'hydroxyde de métal utilisés dans la fabrication des graisses à savon simple sont le lithium, le calcium, l'aluminium, le baryum et le sodium.

- Les graisses à savon mixte sont fabriquées à partir d'un acide gras et de deux bases (par exemple : le lithium et le calcium). Autrement dit, elles ont les meilleures propriétés de deux graisses à savon simple et constituent le meilleur compromis entre la qualité et le prix.

- Les graisses à savon complexe sont le produit de deux acides gras mis en réaction avec une base. Ces graisses offrent généralement de très bonnes performances à haute température et contre l'oxydation. Les types communs sont les complexes d'aluminium, de calcium et de lithium.

Les types de savons métalliques les plus employés en industrie sont le savon de calcium, le savon de sodium, le savon d'aluminium, le savon de lithium, le savon de baryum et les savons complexes.

  • Le savon de calcium est d'usage général et offre une bonne résistance à l'eau. Il a une faible efficacité aux températures élevées (< 60°C) et a besoin d'une certaine quantité d'eau pour rester stable.
  • Le savon de sodium offre une faible résistance à l'eau et est soluble dans l'eau chaude. Sa température de fonctionnement est supérieure à 70°C.
  • Le savon d'aluminium est très collant et est conçu pour des applications spéciales. Il offre une bonne protection antirouille. Sa résistance à l'eau est faible.
  • Le savon de lithium convient à des usages multiples. Sa résistance à l'eau est moyenne. Par contre, il offre une bonne résistance à l'humidité et résiste jusqu'à une température de 150°C. Ce savon est très utilisé en Amérique du Nord.
  • Le savon de baryum offre une bonne résistance à l'eau mais sa performance est faible à basse température. Il résiste à une température de fonctionnement continue de 135°C. Les savons complexes ont un point de goutte élevé et une bonne efficacité à haute température.
3. Propriétés et classification de la graisse

Le tableau de la figure suivante présente les propriétés d'une graisse.

Toutes ces propriétés font l'objet d'essais selon les différentes méthodes "ASTM".

Propriétés des graisses industrielles :

Désignation
Fonction
Consistance
Molesse ou dureté de la graisse (c'est-à-dire la résistance d'une graisse à la déformation sous l'application d'une force).
Stabilité au cisaillement
Capacité d'une graisse à résister à des changements de consistance sous l'effet du travail mécanique. A des taux de cisaillements élevés, la graisse prend une structure qui tend à modifier sa consistance.
Séparation de l'huile
Pourcentage d'huile qui se dissocie du savon de base en régime statique. Cette caractéristique ne sert pas à prévoir la tendance de l'huile à se séparer au cours de son utilisation.
Stabilité à haute température
Capacité d'une graisse à conserver sa consistance, sa structure et ses caractéristiques de rendement à haute température. Le point de goutte est une indication qualitative de la résistance à la chaleur.
Résistance à l'oxydation
Capacité d'une graisse à résister aux réactions chimiques avec l'oxygène. Les huiles oxydées contiennent des matières résineuses insolubles qui donnent à la graisse une teinte foncée et qui peuvent corroder certains métaux.
Pompabilité à basse température
Capacité d'une graisse à s'écouler et à assurer une lubrification appropriée à basse température.
Propriétés antiusure
Capacité d'une graisse à protéger contre l'abrasion causée par les contacts métal contre métal dans des conditions de charge anormales.
Propriétés "extrême pression" Capacité d'une graisse à protéger les surfaces métalliques coulissantes et lourdement chargées contre le grippage et le rayage subséquents.
Résistance à l'eau L'eau peut avoir un effet néfaste sur la structure d'une graisse. Dans des conditions homogénéisantes, l'eau aura pour effet de diluer la graisse et de lui donner une consistance liquide. Les graisses varient entre elles sur le plan de leur résistance à l'eau pulvérisée.
Résistance à la corrosion
Capacité d'une graisse à protéger les surfaces lubrifiées contre l'attaque chimique de l'eau ou d'autres contaminants.
 

Classification de la graisse :

La dureté (consistance) permet de classifier les graisses.

C'est le grade NLGI du National Lubricating Grease Institute qui détermine le degré de fermeté d'une graisse.

On la mesure à l'aide d'un "pénétromètre":

  • Cet appareil est gradué selon une échelle qui exprime la profondeur de pénétration dans une graisse en dixièmes de millimètre, lue après cinq secondes à une température de 25°C.

La figure suivante montre un "pénétromètre" tel que recommandé par la norme ASTM D217.

"Pénétromètre" :

Le tableau de la figure suivante montre les résultats de pénétration correspondant aux grades NLGI.

Degré de fermeté
Grade NLGI
Pénétration ASTM
Très molle
000
445 à 475
00
400 à 430
0
355 à 385
1
310 à 340
Moyenne
2
265 à 295
3
220 à 250
4
175 à 205
5
130 à 160
Très dure
6
85 à 115
  • Une graisse très molle (NLGI = 000) a un degré de pénétration élevé ;
  • Une graisse très dure, un degré de pénétration bas (NLGI = 6).

Quelques exemples :

  • Les graisses de consistance NLGI 2 ont un usage très répandu en Amérique du Nord.
  • Les graisses de grade NLGI 3 sont souvent utilisées dans les gros roulements tournant à des vitesses élevées (les moteurs électriques).
  • Les graisses de grade NLGI 0 et NLGI 2 sont employées dans les systèmes automatiques de distribution centrale.
  • Les graisses NLGI 000 et NLGI 00 ne sont utilisées que sous des températures polaires.
4. Sélection et application de la graisse

Les facteurs les plus importants à considérer lors du choix d'une graisse lubrifiante sont :

- les types de machines,

- le type et la dimension du roulement si applicable,

- la température de fonctionnement (viscosité de l'huile de base),

- les conditions de charge,

- la plage de vitesse,

- les conditions de fonctionnement (la vibration, force centrifuge, pompage, etc.),

- les conditions de refroidissement,

- l'efficacité de l'étanchéité et l'environnement extérieur (présence d'eau, d'acide ou d'autres substances).

Incompatibilité :


Il est préférable de ne pas mélanger les sortes de graisses. La raison est que certaines graisses sont incompatibles. Par exemple, les graisses à savon de sodium, à savon de baryum et de complexe d'aluminium sont incompatibles avec toutes les autres graisses.

Lorsqu'on sélectionne une graisse, il est recommandé de consulter :

  • le manuel d'entretien du fabricant de la machinerie ;
  • ou encore les guides de lubrification des fabricants de graisse.

Le tableau de la figure suivante montre les caractéristiques moyennes des graisses industrielles.

Caractéristiques moyennes des graisses industrielles (à titre indicatif) :

Le tableau de la figure suivante présente:

  • le choix de lubrifiants des fabricants de graisse en fonction de l'outillage utilisé ;
  • les conditions de fonctionnement d'une machine.

Guide de sélection des graisses industrielles (à tire indicatif) :

5. Résumé sur les graisses industrielles

A la suite de la lecture de cette étude, vous devriez retenir les points suivants plus particulièrement :

- Les principaux avantages de l'utilisation d'une graisse sont qu'elle reste en place, qu'elle empêche l'accès des impuretés, qu'elle offre une meilleure protection contre l'eau et les abrasifs et qu'elle permet l'utilisation des additifs solides.

- Il existe deux types de graisses : les graisses sans savon et les graisses avec savon. L'industrie utilise très peu les graisses sans savon qui sont à base d'argile.

- Les graisses avec savon se divisent en trois catégories : simple, mixte et complexe.

- Les types de savons métalliques les plus employés en industrie sont le savon de calcium, le savon de sodium, le savon d'aluminium, le savon de lithium, le savon de baryum et les savons complexes.

- Les propriétés d'une graisse sont la consistance, la stabilité face au cisaillement, la séparation de l'huile, la stabilité à haute température, la résistance à l'oxydation, la capacité d'être pompée à basse température, les propriétés anti-usure et "extrême pression", la résistance à l'eau et la résistance à la corrosion.

La dureté (consistance) des graisses permet de les classifier. C'est le grade NLGI du National Lubricating Grease Institute qui détermine le degré de fermeté d'une graisse.

- Lorsqu'on sélectionne une graisse, il est recommandé de consulter le manuel d'entretien du fabricant de la machinerie ou encore les guides de lubrification des fabricants de graisse.

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