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Les roulements à billes, accessoires indispensables des machines modernes à grande vitesse, sont en Suède l’objet d’une industrie considérable

Christian de Caters, Sciences et Voyages N° 471. - 18 Octobre 1928

Mis en ligne par Denis Blaizot le lundi 4 juin 2018

Lors d’un récent passage à Gothembourg, j’ai eu l’occasion de visiter, pour en parler aux lecteurs de Sciences et Voyages, la plus grande usine de roulements à bille qui existe au monde : la Svenska Kullagerfabriken, plus connue sous le nom de S. K. F.

Au premier abord, on reste confondu par la disproportion qui existe entre les formidables édifices de brique où se fait cette curieuse industrie, et la petitesse même des objets que l’on obtient. Car, en général, un roulement à billes ne mesure guère que quelques centimètres de diamètre et il est exceptionnel que l’on arrive à des couronnes mesurant un pied de diamètre.

On sait que toute la Suède a offert un grand développement industriel depuis moins d’un demi-siècle. Mais il y a peu d’entreprises sans doute, qui aient crû aussi rapidement. que celle-ci, vieille de moins de vingt ans.

Les roulements à billes sont en effet très modernes. Si le premier brevet qui les concerne est antérieur à 1870, ce n’est qu’avec la vogue de la bicyclette, vers 1890-1900, que naquit vraiment l’industrie de ces organes. Encore, à cette époque, les roulements à billes étaient-ils notablement différents de ce qu’ils sont maintenant.

A mesure qu’on se rendait compte des services que les roulements à billes étaient susceptibles de rendre, on comprit l’intérêt qu’il y aurait à standardiser en quelque sorte la fabrication. Pour cela, il fallait que les constructeurs de machines abandonnent la construction à des usines spécialisées. Ce qui eut lieu.

La Suède ne fut pas la première à organiser cette fabrication. L’exemple lui en fut donné par l’Allemagne. Mais le grand État scandinave était bien placé pour monter à son tour des installations de ce genre, et pour réussir ; ce fut l’œuvre du Dr Wingquist et de la société dont nous avons visité les usines.

Les qualités requises par un roulement à billes.

C’est devenu un lieu commun que de dire la qualité des aciers suédois. On sait que le pays possède, en particulier à Kiruna, en Laponie, des gisements de minerai de fer à très haute teneur ; en fait, le plus beau minerai que l’on ait encore découvert sur notre globe.

Le meilleur acier que l’on puisse employer doit être légèrement chromé. La proportion de carbone dans l’acier est de l’ordre de 1%. Elle varie ainsi que celle du chrome, selon la dimension des roulements construits. D’autre part, il est nécessaire que l’acier soit exempt d’impuretés, par exemple de soufre et de phosphore, dont la proportion maxima doit se tenir au-dessous de 0,25 ‰.

Et puis, il y a ce qu’on pourrait appeler la qualité invisible, celle que ne trahissent pas les analyses, chimiques ou microscopiques, celle qui constitue le « corps » de l’acier. Celui-ci a alors l’homogénéité nécessaire, et sa résistance aux différents efforts est tout ce qu’on en peut attendre.

Afin d’assurer la constance de l’acier qu’elle emploie, l’usine de Gothembourg s’est adjoint, dès qu’elle a été assez puissante peur le faire, c’est-à-dire il y a une dizaine d’années,une aciérie située à Hofors, au centre de la Suède, à proximité d’un gisement de minerai de fer de haute qualité.

Le minerai est traité, dans les hauts fourneaux, au charbon de bois, procédé qui peut paraître primitif, mais qui caractérise l’industrie sidérurgique suédoise. On obtient ainsi de très beaux produits. Et il est parfaitement’ logique d’employer le bois des immenses forêts appartenant à l’aciérie, plutôt que de faire venir à grands frais des charbons allemands ou anglais.

Là, c’est toute la suite des opérations sidérurgiques courantes : obtention de fer, traitement au four Martin pour transformation en acier, coulée en coquilles, passage au laminoir pour obtenir les barres et les fils, production de tubes, forgeage des disques qui serviront à faire les bagues des grands roulements, etc.

Ce qu’est un roulement à billes, et comment on le fabrique.

Il en existe deux sortes. Les uns doivent simplement supporter un effort dans la direction radiale. Les autres au contraire reçoivent une poussée dans le sens de l’axe sur lequel ils sont montés ; mais ils sont plus rares.

Bien entendu, le constructeur doit avoir des modèles pour tous les cas. En fait de roulements radiaux, deux modèles sont employés, l’un à double rangée de billes, à bague extérieure sphérique ; l’autre à simple rangée. D’une façon générale, on peut dire que le roulement comporte les billes, tenues dans une cage légère permettant le montage ; et les bagues, dont la plus petite est solidaire de l’axe.

Voyons maintenant comment on fabrique les bagues.

On utilise des barres pour les bagues les plus petites ; des tubes pour les bagues moyennes et des disques pour les plus grandes. Ces demi-produits sortant de l’usine sont recuits pour que l’acier devienne plus doux et plus aisé à travailler. Les bagues sont alors tournées jusqu’à ce qu’elles aient approximativement les dimensions voulues. Puis elles sont trempées, travaillées à la meule jusqu’à la dimension exacte, et enfin Polies.

Voici par exemple comment se fait le tournage d’une bague intérieure de taille moyenne. Le tube est d’abord rectifié et centré, puis dégrossi dans un premier tour automatique, plus ou moins perfectionné. Après quoi, ce tube tombe dans le tour automatique, réglé d’avance de manière à pouvoir recevoir l’élément à travailler sans s’arrêter de tourner. Le tube est amené automatiquement à l’endroit où il va être travaillé : à cet instant précis, plusieurs outils viennent façonner la pièce, découper sur la surface extérieure la rainure où rouleront les billes, aléser l’intérieur de la bague, tronçonner la longueur voulue pour former cette bague. A intervalles réguliers, une bague terminée tombe dans le réservoir, et le tube avance de la quantité correspondante. Pendant tout le travail, la pièce est refroidie par un fort courant d’huile.

La construction des roulements à billes demande une précision extrême. Chaque opération exécutée par une section de travail est ensuite vérifiée par une section de contrôle de manière à assurer la rigueur voulue.

Après quoi, les bagues sont portées dans des fours automatiques de réchauffage. d’où elles tombent régulièrement dans un bain de trempe après un séjour assez long pour atteindre la température requise de 790°C.

Les bagues sont alors trop dures pour être travaillées aux outils tranchants. On en assure la rectification par usure. Il y a quatre opérations, correspondant à la rectification de la surface (tranches), de l’extérieur, de l’intérieur (alésage ?) et des rainures. Tout se fait à la meule, tournant à grande vitesse, jusqu’à 25.000 tours à la minute.

Au cours de ces opérations, la tolérance dans les mesures est de l’ordre d’un centième de millimètre, c’est-à-dire un dixième de cheveu. On emploie pour les dimensions extérieures le pied à coulisse à vernier, et pour l’alésage, des calibres. En plus. on utilise un certain nombre d’appareils de laboratoire, tels que micromètre, etc. Mais même les premiers instruments atteignent une précision du millième de millimètre.

On termine par le polissage avec de l’émeri ou du rouge de Vienne mélangés de suif et de cire.

Fabrication des billes.

Sortons maintenant de ces immenses ateliers où ronflent les tours, et où l’on voit des milliers de bagues, aux différents stades de leur fabrication, empilées dans une apparente confusion.

Nous voici dans les salles de fabrication des billes.

La matière première consiste en barres d’acier, ou de fils, de même composition que les bagues. Les méthodes de fabrication dépendent du diamètre des billes, qui va de 1/8e de pouce, soit 3 millimètres, à 8 pouces, soit 20 centimètres.

Une bille d’acier de cette taille pèse plusieurs dizaines de kilogrammes. Il va sans dire que leur emploi est exceptionnel.

Les petites billes sont faites à la machine. Un élément de fil de longueur voulue est coupé, cet élément est pressé entre deux matrices et ainsi transformé en bille brute. Une seule machine peut en produire plus de 100.000 par jour.

Pour les billes de grosseur moyenne, on emploie les presses excentriques, travaillant sur la barre ronde découpée et réchauffée. Enfin pour les plus grosses billes, on emploie un mouton à chute libre.

Puis vient la première rectification : les billes arrivent encore sur deux meules d’émeri, tournant l’une contre l’autre, passent dans des rainures, et les plus grosses inégalités se trouvent éliminées. Les billes sont alors trempées et l’on procède à la deuxième rectification.

Elle se fait entre deux meules à grain fin, très dures, pourvues de rainures propres à. bien prendre les billes que l’on rectifie. Enfin, s’il s’agit de très grosses billes, on les fait tomber entre deux plateaux de fonte, où coule constamment un mélange d’huile et de poudre d’émeri.

Voici, dans une nouvelle salle, d’autres appareils : de simples tonneaux de bois montés sur un axe incliné. La combinaison de différents appareils a rendu les billes parfaitement rondes ; elles ont subi un premier polissage dans des tambours, mais c’est dans ces tonneaux qu’elles vont acquérir leur éclat définitif. Elles tournent dans ces barils pendant trois ou quatre heures, frottant les unes contre les autres, mais surtout frottant contre des pièces de cuir : et puis c’est la dernière inspection qui permettra de découvrir s’il y a des défauts de trempe ou autres, des fissures, des irrégularités de surface, etc.

Les billes sont réparties suivant leur dimension ; car il est indispensable pour le bon fonctionnement d’un roulement que toutes les billes qui le composent soient exactement pareilles, à 2/1000 de millimètre près.

Le montage d’un roulement.

Comme on peut le voir sur certaines de nos illustrations, les billes ne sont pas libres entre les gorges des deux bagues ; une monture spéciale, dite cage à billes, maintient invariable la distance entre elles. Les cages sont en général faites à partir d’un flan de l’épaisseur voulue.qui est découpé et embouti, puis ajusté.

Malgré les perfectionnements du machinisme moderne, qui est arrivé dans des usines comme celle-ci à supplanter presque complètement l’intervention humaine, le montage des roulements à billes doit être fait à la main. J’ai vu travailler ces ouvriers spécialistes qui parviennent à réaliser ce travail avec une rapidité et une précision étonnante.

A peine ce montage terminé, en glissant les billes dans la cage, puis en emprisonnant cette cage entre les deux bagues, l’ouvrier saisit la bague centrale entre les doigts, et fait tourner rapidement le’ roulement. Il suffit d’écouter le bruit qu’il fait alors, pour savoir s’il est bon, ou au contraire s’il « accroche ».

Auquel cas il sera rejeté. Ajoutons que ceci n’arrive pour ainsi dire jamais.

Et le roulement est alors prêt à’ être embarqué et expédié.

Les laboratoires annexes.

A Gothembourg, j’ai eu la bonne fortune de visiter les laboratoires de contrôle, extrêmement intéressants. Des échantillons, pris au hasard, à n’importe quel moment de la fabrication, subissent des essais de toutes sortes, qui ont été en quelque sorte codifiés par de savants métallurgistes du monde entier.

Par exemple, l’essai de rupture : une bille d’un pouce de diamètre venait d’être enfermée dans un manchon en métal et soumise à.I’effort d’une presse hydraulique.

Elle doit supporter trente tonnes, me dit l’ingénieur.

Le manomètre avait atteint trente-six mille kilogrammes quand une détonation, aussi forte que celle d’un fusil de chasse, se produisit : sous l’énorme pression subie, la bille venait d’éclater... La cassure en était nette, le grain fin et d’une parfaite régularité. La pression, à l’endroit où l’effort s’appliquait, avait détaché un très curieux petit cône de métal, comme si ce cône, faisant coin, avait amené l’éclatement de la bille.

Plus remarquable encore était l’essai de rebondissement. Tombant d’environ deux mètres de hauteur, les billes rebondissaient sur une surface dure et, décrivant une trajectoire tendue, allaient tomber dans des cases superposées, à environ 1,80m du sol. Dans une proportion de plus de 90 %, elles pénétraient dans la même case, ce qui prouve l’étonnante constance de fabrication que l’on parvient à assurer.

Ou bien encore, on essaie des roulements entiers, sous la charge maxima qu’ils sont censés avoir à supporter : et ils vont allégrement jusqu’à quelque trente millions de tours sans donner de signe de fatigue.

On pourrait multiplier les exemples, tant il y a de formes d’essais différentes, autre aspect de ce contrôle constant opéré en cours de fabrication et sans lequel on ne pourrait. arriver à un résultat vraiment irréprochable.

Cette conscience dans la mise au point, d’une entreprise est assez caractéristique de la méthode suédoise. Dans toutes les branches de l’activité nationale, il m’a paru que les Suédois apportaient un souci du parfait qui semble parfois presque excessif. Ici, il les a servis, car l’entreprise s’est si bien développée qu’elle occupe, en Suède et à l’étranger, 15.000 personnes, et fabrique environ 85.000 roulements par jour.

Christian de Caters