essais de traction, compression, flexion : guide d`achat

G uide d’achat
ESSA I S D E T R A C T I O N , C O M P R E S S I O N , F L E X I O N
Les machines d’essais
mécaniques

Lors de la conception ou de la fabrication d’un nouveau produit, il est bien souvent
nécessaire d’en contrôler les caractéristiques mécaniques : sa résistance à la rupture,
sa réponse à une sollicitation statique ou dynamique, ses caractéristiques d’élasticité, ou encore ses limites en compression. Pour cela, on utilise des machines d’essais
mécaniques. Employées en laboratoire ou en production, elles permettent, suivant
les accessoires utilisés, de réaliser des essais de traction, de compression ou de
flexion. Pour choisir la machine d’essais la mieux adaptée à l’application, il faut prendre en compte de nombreux critères. Parmi eux, la nature du matériau à contrôler
et le type de sollicitations que l’on souhaite appliquer sont déterminants…
E
n laboratoire de recherche ou en
production, les machines d’essais
mécaniques sont souvent incontournables. Destinées à une très
large variété d’applications, elles permettent
aussi bien d’évaluer le comportement d’un
nouveau matériau lorsqu’il est soumis à une
sollicitation mécanique, que de contrôler la
résistance à la rupture d’un produit fini. Parmi
les différents types d’essais mécaniques, l’essai de traction est le
plus répandu. Il conEn bref
siste à soumettre
 Il existe sur le marché une
l’éprouvette ou le provaste panoplie de machines
duit fini à une force de
d’essais mécaniques.
traction et à mesurer
 Les machines d’essais de
l’allongement correstraction, compression et
pondant à la charge
flexion se distinguent
appliquée. L’essai se dénotamment par leur
roule alors en trois phacapacité, leurs espaces de
ses : la déformation
travail, et les accessoires
élastique (réversible),
proposés.
la déformation plasti Le choix dépendra notamque (irréversible) et la
ment de la nature du
rupture de la pièce. Les
matériau, de ses dimensions,
machines d’essais de
et du type de sollicitations
traction se composent
que l’on souhaite lui
généralement d’un bâti
appliquer.
rigide, constitué d’une
86
ou de deux colonnes de guidage et de deux
traverses horizontales (l’une fixe, l’autre mobile). La traverse mobile et le plateau de base
sont dotés de mâchoires entre lesquelles on
attache la pièce à tester.
Le plus souvent, le même bâti peut aussi être
utilisé pour réaliser des essais de compression. Il suffit pour cela de remplacer les accessoires de serrage de la pièce par des outils
adaptés à ce type d’essai (tels que des pla-
Zwick
teaux de compression). Quant à l’essai de
flexion, il peut être considéré comme un
essai de compression un peu particulier.
Dans ce cas, la pièce ne prend pas appui sur
un plateau dans l’axe d’application de la
charge, mais sur des appuis excentrés formant un banc de flexion. Au lieu de mesurer
l’allongement de la pièce, comme dans le cas
d’un essai de traction, on mesure alors la
déformation (ou flèche) correspondant à la
charge appliquée… Enfin, on peut même
ajouter à certaines machines de traction une
tête de torsion, pour réaliser des essais combinés de traction et torsion.
Si l’on s’arrêtait là, le choix d’une machine
d’essais se limiterait à la sélection d’un bâti,
d’un système d’entraînement et des accessoires appropriés. Seulement voilà... Étirer
une mèche de cheveux pour tester l’efficacité d’un soin capillaire ou contrôler la rigidité d’une poutre métallique destinée à la
construction ne requiert pas du tout le
même type de machines... Avant de faire son
choix, il faut prendre en compte toutes les
contraintes de l’application et se poser de
multiples questions : Quelle est la nature du
matériau ? A-t-on une idée de la force à laquelle il sera soumis ? A-t-on besoin d’en
mesurer précisément la déformation ? A
quelle vitesse et à quelle fréquence se déroulera l’essai ? Utilisera-t-on la machine dans
un laboratoire de recherche ou en production ? Souhaite-t-on associer la sollicitation
mécanique à un essai en température ? Quel
type de résultats recherche-t-on ? A-t-on besoin d’un pilotage manuel ou automatique ?
Ce sont ces questions, et d’autres encore, qui
permettent de bien cerner son besoin. Pour
y répondre, il faut prendre en compte des
critères très spécifiques.
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Adamel Lhomargy
La capacité de la machine. Premier élément
permettant de décrire une machine d’essai,
la capacité correspond à la charge maximale
que l’on peut appliquer. La plupart des fournisseurs proposent des machines dont la
capacité s’échelonne (en standard) de 1 à
300 kN. Si l’essentiel des besoins du marché
se situe dans cette fourchette, près de la moitié des fabricants vont plus loin et proposent
des machines dites “de haute capacité” (jusqu’à 5 000 kN chez Testwell, par exemple, ou
6 000 kN chez Zwick, pour ne citer qu’eux).
A ces produits standards s’ajoutent des gammes de machines spécifiques dans lesquelles
tout est possible, ou presque. « Nous avons ainsi
vendu une machine d’essais d’une capacité de
50 000 kN », indique AudreyVieira, responsable support ventes chez Zwick.
Le choix dépend essentiellement du type de
matériau que l’on souhaite contrôler. Les
modèles de très faible capacité (jusqu’à 1 kN)
sont essentiellement destinés aux essais sur
plastiques ou caoutchoucs souples (films
plastiques, joints toriques, etc.), ainsi qu’au
papier, aux colles et à certains produits alimentaires. Les machines de charge moyenne
(de 5 à 50 kN) sont quant à elles utilisées
pour contrôler des plastiques rigides ou
semi-rigides (flacons d’emballage, par exemple), des pièces en caoutchouc, des métaux
minces, ainsi que certains matériaux com-
posites. Enfin, pour tester les composites les
plus rigides, les matériaux métalliques (fers
d’armatures, barres et plaques en acier, etc.)
ou encore le béton, on choisira des machines
de grande capacité (100 kN et au-delà).
Seul écueil à éviter, « la tentation de choisir par
facilité une machine de haute capacité, en se disant
qu’elle pourra aussi convenir pour les plus faibles
charges, souligne François Vergon, directeur
général délégué de Controlab. Il faut savoir en
effet qu’une machine de capacité élevée pourra certes s’adapter à une plus large variété d’applications,
mais qu’elle sera aussi moins précise dans les faibles
valeurs qu’une machine de capacité inférieure ».
La structure du bâti. Le type de machine
(modèle de table ou au sol) et le nombre de
colonnes de guidage qu’elle comporte sont
pratiquement imposés par la valeur de la
capacité. Pour réaliser un essai à faible charge,
il suffit le plus souvent d’utiliser une machine monocolonne. Le reste du temps, on
emploie des machines à deux colonnes,
voire à quatre colonnes dans des applications
plus spécifiques. C’est le cas par exemple du
modèle 25CX BOX-C de Testometric (commercialisé en France par Adamel Lhomargy).
La machine, destinée aux essais de résistance
à la compression de caisses, est en effet équipée de quatre colonnes de guidage, quatre
vis à billes et quatre capteurs, afin d’assurer
un parallélisme optimal des deux plateaux
de compression au cours de l’essai (et donc
une répartition uniforme de la charge).
Les machines de faible capacité correspondent aussi, le plus souvent, à des modèles de
table relativement peu encombrants. Mais
pas toujours. Certains fournisseurs proposent en effet des machines de faible capacité
pouvant être montées sur pieds pour faciliter
l’accès à l’espace de travail (notamment pour
les utilisateurs handicapés). On trouve aussi
des tables de support réglables en hauteur
pour un plus grand confort de l’utilisateur.
Les “vraies” machines de sol offrent quant à
elles une conception différente des machines
de table. Elles se distinguent bien sûr par les
dimensions de leur espace de travail, mais
aussi par leur robustesse. Pour supporter des
charges importantes, le bâti d’une machine
de sol est en effet constitué d’un matériau
plus rigide qu’une machine de table. Chez
Zwick, par exemple, on utilise de l’acier (à la
place du profilé aluminium employé pour
les machines de table).
Les dimensions du “cadre” formé par les
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colonnes, la traverse mobile et le plateau de
base déterminent l’espace de travail. Dans le
cas des machines monocolonne, la largeur
de l’espace de travail est donc théoriquement
illimitée (même s’il existe en pratique des
limites sur le poids et l’encombrement des
pièces à tester). Il en est de même pour la
profondeur de l’espace de travail d’une machine bicolonne.
Notons enfin qu’il existe des machines bicolonnes dans lesquelles la traverse supérieure fixe, la traverse mobile et la base permettent de délimiter deux espaces de travail
distincts. Cette particularité ne manque pas
d’intérêt. « Elle permet par exemple de délimiter
un espace de traction et un espace de compression,
puis d’utiliser l’un ou l’autre sans avoir à démonter
à chaque fois tous les accessoires », précise
Mme Vieira (Zwick France).
Le type d’entraînement. Pour assurer le
mouvement des parties mobiles de la machine, il existe essentiellement deux types
d’entraînement : l’entraînement électromécanique (basé sur des vis à billes) et l’entraînement hydraulique (basé sur des vérins
hydrauliques). « Cela correspond à deux philosophies très différentes », prévient Christophe
Zinck, directeur du département essais mécaniques chez Testwell. Du fait qu’elles sont
basées sur un entraînement électrique, les
machines électromécaniques sont peu
bruyantes et ne nécessitent quasiment pas
d’entretien. Autres avantages, un encombrement relativement faible et une précision de
positionnement importante. En revanche, ce
type d’entraînement est
surtout présent sur des
machines de moyenne
capacité, et parfois sur
des machines de haute
capacité, mais on le
trouve rarement au-dessus de 400-500 kN.
Les machines hydrauliques, au contraire, permettent d’atteindre des
capacités supérieures et,
au besoin, de réaliser des
essais de fatigue (à une
fréquence de l’ordre de
plusieurs hertz). Pour
certains fournisseurs, ce
type d’entraînement se
distingue aussi par sa Testwell
87
Guide d’achat
Les machines de traction/compression
Fabricant
(Représentant)
Modèle*
Type de
machine
Capacité
DeltaLab
EM550
Au sol
4 colonnes
50 kN
Erichsen
Unimat
Plus 050
Dimensions
de l’espace
de travail
Course traverse Plage de
Fréquence
Dimensions
Résolution
vitesse
d’acquisition / du bâti en mm
déplacement** (mm/min) de transmission
Poids
Applications et remarques
NC
0,01 mm
0,06-350
NC
700x600x1600
250 kg
Machine électromécanique de traction,
compression et flexion destinée à
l’enseignement
De table
H : 650 mm
Monocolonne P : 50 mm
Jusqu’à 2 kN
720 mm
0,1 mm
0,2-1 000
1 kHz
(acquisition)
1 020x310x390
20 kg
Essais statiques et pseudo-dynamiques
de traction/compression sur tous types
de pièces et matériaux. Faible
encombrement. Entraînement électrique
Unimat
Plus 052
De table
Bicolonne
Jusqu’à 5 kN
880 mm
0,1 mm
0,2-1 000
1 kHz
(acquisition)
1 020x495x350
32 kg
Essais statiques et pseudo-dynamiques
de traction, compression, flexion, sur
tous matériaux. 2 espaces d’essai
disponibles
Unimat
05X C
De table ou
H : 1 000 mm
au sol,
L : 400 mm
Bicolonne
Jusqu’à 200 kN
1 000 mm
0,05 mm
0,05-500
1 kHz
2 kHz
De 1 045x495x35
à 2 200x1 000x900
De 45 à 850 kg
Machines robustes conçues pour le
contrôle qualité et la qualification de
produits. Essais statiques et
pseudodynamiques de traction,
compression, flexion, sur tous matériaux
TCF0352 à
TCF0360
Au sol
H : 625-840 mm
Monocolonne L : 315/460 mm
2-300 kN
P : 310/510 mm
250 mm
0,01 mm
0,1-150 ou
0,1-200
1 kHz
1 kHz
1 500x640x310 ou
2 150x720x510
200/300/680 kg
Pour essais simples et répétitifs ne
nécessitant pas une grande course.
Pilotage par PC ou console. Traction,
compression, flexion sur matériaux
métalliques, composites, céramiques...
TCF0345 à
TCF0351
De table ou
au sol,
bicolonne
2-1 000 kN
H : 8001 360 mm
L : 430/475 mm
P : 465/650 mm
1 000 ou 1 500 mm
0,001 mm
0,1-300 ou
0,1-500
1 kHz
1 kHz
1 500x740x465 ou Pilotage par PC ou console. 2 espaces
d’essai. Traction, compression, flexion
2 600x915x650
470/1 200/2 500 kg sur matériaux métalliques, plastiques,
composites, élastomères, etc. Ex. :
mesures quasi-statiques, cyclages lents...
TCF004 à
TCF006
Au sol
Bicolonne
400-2 000 kN
H : 50-1 200 mm 600 ou 900 mm
0,001 mm
L : 545675
890 mm
P : 832/1 000 mm
0-75 ou
0-120
1 kHz
1 kHz
2 800x1 350x1 000 Machine servo-hydraulique pilotée par
ou 3 980x1 166x832 PC. 2 espaces d’essai. Traction, flexion,
compression, dureté sur matériaux
3 500/7 500kg
métalliques, plastiques, composites, etc.
Robustesse élevée
3342
De table
H : 651 mm
Monocolonne P : 100 mm
0,5 kN
482 mm
0,05-1 000
NC
900x382x500
38 kg
Essais de traction, compression, flexion,
sur tous types de matériaux
5569
De table
Bicolonne
50 kN
H : 1 193 mm
L : 420 mm
1 135 mm
0,005-500
NC
1 397x909x700
136 kg
Essais de traction, compression, flexion,
sur tous types de matériaux
5582
Au sol
Bicolonne
100 kN
H : 1 310 mm
L : 575 mm
1 235 mm
0,001-500
NC
2 092x1 307x757
1 047 kg
Essais de traction, compression, flexion,
sur tous types de matériaux
JFC
JFC-TC5
De table
H : 550 mm
Monocolonne L : illimitée
5 kN
P : 100 mm
550 mm
0,1 mm
0,1-500
50 Hz
(1)
800x300x300
55 kg
Essais de traction, compression, flexion,
sur tous matériaux. Nombreux
accessoires optionnels
Larson
(Testwell)
SDHT
110lb
De table
H : 300 mm
Monocolonne L : 50 mm
0,489 kN
P : 50 mm
279 mm
0,01 mm
NC
1 kHz
(1)
150x150x700
20 kg
Machine manuelle. Essais de traction/
compression sur ressorts ou autres
composants élastiques. Interface RS232
SDHT
2 000-750lb
De table
Bicolonne
3,3 kN
H : 450 mm
L : 150 mm
P : 150 mm
330 mm
0,01 mm
NC
1 kHz
(1)
350x350x900
60 kg
Machine manuelle. Essais de traction/
compression sur ressorts ou autres
composants élastiques. Sortie RS232.
Cellule de force interchangeable (de 9 N
à 9 kN)
LF Plus
De table
H : 650 mm
Monocolonne L : 350 mm
1 kN
P : illimitée
500 mm
< 2 µm
0,05-1 270
8 kHz
1 kHz
923x500x400
46 kg
Traction, compression et flexion sur tous
matériaux et produits finis. Service
technique accrédité Cofrac Essais. Autres
courses en option
Hoytom
(Controlab)
Instron
Lloyd
Instruments
(groupe Ametek)
H : 1 000 mm
L : 400 mm
H : 800 mm
L : 300 mm
* Nous avons demandé aux différents fournisseurs de choisir trois modèles qui leur semblent représentatifs de leur gamme. L’offre présentée n’est donc pas exhaustive.
** Par capteur de déplacement intégré à la traverse mobile
(1) Modèles autonomes fonctionnant sans PC
88
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Guide d’achat
Les machines de traction/compression (suite)
Fabricant
(Représentant)
Lloyd
Instruments
(groupe Ametek)
Mecmesin
(ACRN)
Metrotec
MTS Systems
Techlab Systems
Test
(Testwell)
Modèle*
Type de
machine
Capacité
Dimensions
de l’espace
de travail
Course traverse Plage de
Fréquence
Dimensions
Résolution
vitesse
d’acquisition / du bâti en mm
déplacement** (mm/min) de transmission
Poids
Applications et remarques
LR 5K Plus
De table
Bicolonne
5 kN
H : 1 150 mm
L : 400 mm
P : illimitée
1 000 mm
< 0,1 µm
0,01-1 016
8 kHz
1 kHz
1 555x800x480
100 kg
Traction, compression et flexion sur tous
matériaux et produits finis. Service
technique accrédité Cofrac Essais. Autres
courses en option
LR 150K Plus
Au sol
Bicolonne
150 kN
H : 1 280 mm
L : 620 mm
P : illimitée
1 150 mm
< 0,04 µm
0,001-254
8 kHz
1 kHz
2 480x1 500x733
900 kg
Traction, compression et flexion sur tous
matériaux et produits finis. Service
technique accrédité Cofrac Essais. Autres
courses en option
Multitest 1kN
informatique
De table
H : 590 mm
Monocolonne L : illimitée
1 kN
P : 67 mm
500 mm
± 0,01 mm
1-500
1 kHz
NC
H : 940 mm
19 kg
Essais statiques et dynamiques de
traction et compression sur emballages
(flacons, blister, bouteilles…). Piloté par
PC. Faible capacité
Multitest 10kN
process
De table
Bicolonne
10 kN
H : 1 180 mm
L : 400 mm
P : illimitée
960 mm
± 0,01 mm
0,1-500
1 kHz
(1)
H : 1 500 mm
110 kg
Essais statiques et dynamiques de
traction et compression. Machine
autonome avec unité d’affichage utile en
ligne de production
Multitest 25kN
informatique
De table
Bicolonne
25 kN
H : 1 140 mm
L : 400 mm
P : illimitée
950 mm
± 0,01 mm
1-500
1 kHz
NC
H : 1 500 mm
140 kg
Essais statiques et dynamiques de
traction et compression. Machine pilotée
par PC
MTT100
De table
H : 750 mm
Monocolonne L : illimitée
1 kN
P : 160 mm
750 mm
0,02 mm
500
100 pts/s
(1)
360x380x920
50kg
Essais de traction, compression, flexion
sur matériaux souples (papiers,
plastiques, petites pièces). Modèle
autonome sans PC
DMD
Au sol
Bicolonne
20-1 000 kN
NC
1000-2000 mm
0,01 mm
0-500
NC
50 pts/s
NC
Traction, compression, flexion sur tous
matériaux ou pièces. Machine avec 2
colonnes de guidage et 2 vis à billes
précontraintes
DMS
Au sol
Bicolonne
20-300 kN
H : 500 mm
L : 440 mm
P : illimitée
250 ou 500 mm
0,01 mm
0-200
NC
50 pts/s
720x500x2 100
de 230 à 750 kg
Traction, compression, flexion sur tous
matériaux ou pièces finies. Machine à vis
centrale. Deux colonnes de guidage
Insight 1
De table
H : 750 mm
Monocolonne L : illimitée
1 kN
P : 104 mm
750 mm
< 0,001 mm
0,001-1 000
1 kHz
1 kHz
(réglable)
1 140x490x460
50 kg
Traction, compression, flexion, torsion
(avec accessoires) ou cyclage, sur tout
matériau ou pièce finie
Insight 5
De table
Bicolonne
5 kN
H : 1 100 mm
L : 405 mm
P : illimitée
1 100 mm
< 0,001 mm
0,001-1 000
1 kHz
1 kHz
(réglable)
1 600x650x450
115 kg
Traction, compression, flexion, torsion
(avec accessoires) ou cyclage, sur tout
matériau ou pièce finie
Insight 100
Au sol
Bicolonne
100 kN
H : 1 200 mm
L : 650 mm
P : illimitée
1 200 mm
<0,001 mm
0,001-500
1 kHz
1 kHz
(réglable)
2 440x1 133x685
750 kg
Traction, compression, flexion, torsion
(avec accessoires) ou cyclage, sur tout
matériau ou pièce finie
MT50
De table
H : 400 mm
Monocolonne L : illimitée
500 N
P : 160 mm
400 mm
0,02 mm
0-500
100 pts/s
(1)
360x380x570
39 kg
Essais de traction, compression, flexion
sur matériaux souples (emballages).
Machine autonome
CDM01/5
De table
2 guidages
5 kN
H : 140 mm
L : 150 mm
P : 150 mm
140 mm
0,02 mm
0-125
100 pts/s
(1)
380x450x750
65 kg
Essais de compression et flexion sur
papier, cartons, emballages. Machine
autonome
Série
Validator
Au sol
Bicolonne
Jusqu’à 300
kN
H : 0-2 150 mm
0-2 150 mm
L : 500-1 850 mm 0,02 mm
P : < 1 850 mm
0-300
NC
100 pts/s
Jusqu’à
1 950x1 500x3 000
et 3 750 kg
Essais statiques/cycliques de
compression et flexion sur produits finis,
emballages, etc. Essais de compression
sur pièces de grandes dimensions
113.400kN
Au sol
Bicolonne
400 kN
H : 1 500 mm
L : 650 mm
P : 740 mm
500
1 kHz
1 kHz
1 070x2 500x740
1 650 kg
Traction, compression, flexion sur
composants, matériaux métalliques,
plastiques, ressorts, composites,
polymères, céramiques. 2 espaces
d’essais. Pilotage par PC ou console
1 500 mm
0,001 mm
* Nous avons demandé aux différents fournisseurs de choisir trois modèles qui leur semblent représentatifs de leur gamme. L’offre présentée n’est donc pas exhaustive.
** Par capteur de déplacement intégré à la traverse mobile
(1) Modèles autonomes fonctionnant sans PC
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89
Guide d’achat
simplicité et sa robustesse. D’autres, en revanche, estiment qu’il trouve vite ses limites, notamment en termes d’entretien. « Il
faut notamment remplacer les flexibles et vidanger régulièrement le groupe hydraulique, indique
M. Zinck (Testwell). De plus, les machines hydrauliques sont beaucoup plus bruyantes, ce qui nécessite
souvent de les isoler, et elles requièrent un système de
refroidissement. Enfin, la course utile des vérins hydrauliques est souvent inférieure à la course d’une machine
électromécanique ».
Pour des besoins “classiques” (tels que des
essais statiques en environnement peu
bruyant), mieux vaut donc s’orienter vers
des machines électromécaniques.
« L’hydraulique, plus cher, sera quant à lui privilégié
lorsqu’on doit réaliser des essais dynamiques, ou
pour des essais statiques à charge élevée », précise
Thierry Domnesques, directeur commercial
de la marque Lloyd Instruments (groupe
Ametek). « Ce type d’entraînement est davantage
réservé à des besoins spécifiques, confirme
M. Zinck (Testwell). C’est ainsi qu’on le trouve,
par exemple, dans les machines à deux espaces d’essai. Mais il existe aussi des industriels qui le préfèrent à l’électromécanique et l’utilisent par simple
conviction, même pour des besoins classiques ».
Dans certaines gammes de produits, on peut
aussi trouver des variantes de ces deux
grands principes. C’est le cas par exemple
chez Zwick, qui propose des machines “hybrides”, dans lesquelles les tiges de piston
servent en même temps de colonnes de gui-
Les machines de traction/compression (suite)
Fabricant
(Représentant)
Test
(Testwell)
Testometric
(Adamel
Lhomargy)
Tinius Olsen
(JFC)
Zwick Roell
Modèle*
Type de
machine
Capacité
112.50kN
De table
Bicolonne
50 kN
106.2kN
Dimensions
de l’espace
de travail
Course traverse Plage de
Fréquence
Dimensions
Résolution
vitesse
d’acquisition / du bâti en mm
déplacement** (mm/min) de transmission
Poids
Applications et remarques
1 000 mm
0,001 mm
500
1 kHz
1 kHz
650x1370x530
180 kg
Traction, compression, flexion sur
composants, matériaux métalliques,
plastiques, ressorts, composites,
polymères, céramiques. Pilotage par PC
ou console
De table
H : 700 mm
Monocolonne L : 270 mm
2 kN
P : 420 mm
700 mm
0,001 mm
500
1 kHz
1 kHz
270x980x420
55 kg
Essais de traction/compression sur
composants, matériaux métalliques,
plastiques, ressorts, composites,
polymères, céramiques. Pilotage par PC
ou console
M250-2,5 AT
De table
H : 1 170 mm
Monocolonne L : 200 mm
2,5 kN
P : 200 mm
1 000 mm
0,001 mm
0,001-1 000
12 kHz max.
200 Hz
590x450x1475
92 kg
Traction, compression, flexion sur papier,
plastiques, textiles, ouate de cellulose,
etc. Ecran tactile pour prise en main aisée
en autocontrôle
25CX BOX-C
Au sol
4 colonnes
25 kN
H : 1 000 mm
L : 1 000 mm
P : 1 000 mm
1 000 mm
0,001 mm
0,1-500
12 kHz max.
200 Hz
1 420x1 020x1 780
820 kg
Traction, compression, flexion. Contrôle
de résistance à la compression de caisses.
Station optionnelle pour essais sur carton
ondulé. Machine équipée de 4 capteurs,
4 guidages et 4 vis à billes
FS300 CT
Au sol
Bicolonne
300 kN
H : 480 mm
L : 480 mm
P : 480 mm
1 300 mm
0,001 mm
0,001-600
12 kHz max.
200 Hz
1 100x750x2 950
1 850 kg
Traction, compression, flexion sur une
grande gamme de matériaux. Essais en
température. Station additionnelle pour
essais dans une gamme de force plus
faible
H150KU
Au sol
Bicolonne
150 kN
H : 1 200 mm
L : 660 mm
P : illimitée
1 200 mm
0,001 mm
0,001-750
200 Hz
200 Hz
2 440x1 133x685
990 kg
Traction, compression, flexion sur tout
matériau ou pièce finie. Précision sur la
mesure de force de ± 0,5 %, de 0,2 à
100 % de la capacité du capteur
H25KS
De table
Bicolonne
25 kN
H : 720 mm
L : illimitée
P : 100 mm
720 mm
0,001 mm
0,001-1 500
200 Hz
200 Hz
1 200x450x500
130 kg
Traction, compression, flexion sur tout
type de pièce ou de matériau. Capteurs
de force au choix de 5 N à 25 kN
BDO-FB0.5TS
De table
H : 590 mm
Monocolonne L : illimitée
500 N
P : 100 mm
480 mm
NC
0,226 µm
0,001-1 500
De 100 à 500 Hz
749x228x411
33 kg
Extensométrie. Enceinte thermique.
Utilisable sans PC. Livraison en 2
semaines. Ex. d’applications : plastiques,
médical, agroalimentaire
Z100
De table
Bicolonne
100 kN
H : 1 825 mm
L : 630 mm
P : illimitée
1 825 mm
NC
0,00051 000
De 100 à 500 Hz
NC
2 espaces de travail. Extensométrie.
Enceinte thermique. Profilés avec
rainures en T. Utilisable sans PC. Ex.
d’applications : plastiques, textiles,
métallurgie, automobile, industrie
Z2000H
Au sol
Bicolonne
2 000 kN
H : 600 mm
L : 850 mm
P : illimitée
600 mm
NC
1,25 µm
Jusqu’à 200
De 100 à 500 Hz
4 200x1 400x905
2 espaces de travail. Extensométrie.
Enceinte thermique. Ex. d’applications :
métallurgie, automobile, aérospatial
H : 1 000 mm
L : 400 mm
P : 530 mm
* Nous avons demandé aux différents fournisseurs de choisir trois modèles qui leur semblent représentatifs de leur gamme. L’offre présentée n’est donc pas exhaustive.
** Par capteur de déplacement intégré à la traverse mobile
(1) Modèles autonomes fonctionnant sans PC
90
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Guide d’achat
dage (dans ce cas, l’entraînement hydraulique n’est pas positionné au centre de la traverse supérieure, mais de part et d’autre de
l’espace d’essai). Une particularité qui permet notamment d’obtenir une meilleure
précision de positionnement, et un plus faible encombrement.
Statique ou pseudo-dynamique ? Si les
machines destinées aux essais de traction,
compression et flexion sont des machines
d’essais statiques, il est toutefois possible,
dans une certaine limite, de les utiliser pour
réaliser des essais dynamiques (dans lesquels
la pièce est sollicitée en fréquence). Mais
contrairement aux machines d’essais dyna-
miques proprement dites, que l’on utilise
par exemple pour réaliser des essais de fatigue (au-delà de 10 Hz), ces machines sont
limitées à 1 ou 2 Hz (la vitesse d’application
de la charge étant limitée par la vitesse de
déplacement de la traverse mobile…). A
cette fréquence-là, certains fournisseurs parlent encore de sollicitations statiques.
D’autres préfèrent le terme d’essais “pseudodynamiques”, d’autres encore celui de sollicitation cyclique ou de fatigue oligocyclique. « On utilise ce type de sollicitations pour des
essais de flexion de ressorts, par exemple, ainsi que
pour des essais de connecteurs, ou encore pour des
tests d’ouverture/fermeture de systèmes », précise
Jean-Michel Vignot, directeur commercial
d’Erichsen. Mais attention, « si une machine électromécanique doit toujours faire le même mouvement sur une très faible course et à sa fréquence
maximale, il y aura à terme un manque de graissage
des vis à billes et une usure accélérée de la mécanique. Dans ce cas, mieux vaut utiliser une machine
à entraînement hydraulique, ou, mieux encore, une
machine d’essais dynamique », indique
Mme Vieira (Zwick France). « Les machines d’essais de traction, compression et flexion ne sont pas
adaptées aux essais très répétitifs, confirme
M. Vergon (Controlab). Il faut pour cette application utiliser des machines dynamiques, tout en
sachant que ce sera plus cher ».
Qui fait quoi ?
Fabricant
(Représentant)
Traction
compression
Caritec
Non
Non
Non
Non
Rénovation de machines de traction/dureté
DeltaLab
Oui
Oui
Oui
Oui
Traction, compression, flexion, fluage
Machines conçues pour l’enseignement
Erichsen
Oui
Non
Oui
Oui. Gamme de bâtis de 2 à 200 kN
Traction, compression, flexion
Non
Hoytom
(Controlab)
Oui*
Non
Oui
Oui. Traction, compression, flexion, dureté
(avec extensomètres manuels ou automatiques)
Résilience : moutons pendule pour essais Charpy et Izod,
analogiques ou numériques, pilotés (ou pas) par PC
Hoytom
(Testwell)
Non
Non
Non
Instron
Oui*
Oui
Oui
Oui
Oui
JFC
Oui*
Oui
Oui
Oui
Machines d’essai au choc type résilience et mouton pendule,
ou autres
Larson
(Testwell)
Oui
Oui
Non
Machines d’essai de ressorts en traction
et compression (monocolonnes ou bicolonnes)
Lloyd Instruments
(groupe Ametek)
Oui
Non
Oui
Machines universelles pour tests de traction,
compression, flexion, fluage, relaxation
Machines de traction/compression spécifiques pour pièces de très
grande taille (câbles de plus de 10 m de longueur, tuyaux de plus
de 700 mm de diamètre)
Mecmesin
(ACRN)
Oui
Oui
Non
Non
Non
Metrotec
Oui*
Non
Oui
Oui. Traction, compression, flexion, pelage,
cisaillement
Machine hydraulique, modernisation de machines d’essai,
résilience, dureté, appareils spécifiques aux emballages,
automatisation de laboratoire
MTS Systems
Oui*
Oui
Oui
Oui. Machines de traction, compression, flexion,
pelage
Machines servo-hydrauliques pour essais de fatigue, bancs d’essai,
d’endurance, machines spéciales
Techlab Systems
Oui
Non
Oui
Non
Equipements d’essais spécifiques aux emballages, automatisation
de laboratoire, modernisation de presse pour cartons, simulateur
transport
Test
(Testwell)
Oui*
Oui
Oui
Oui. Machines à 1 ou 2 espaces d’essais. Option
flexion avec banc de flexion
Machines monocolonnes 1-5 kN, petites machines motorisées
ou manuelles de quelques N à 5 000 kN
Testometric
(Adamel Lhomargy)
Oui
Non
Oui
Oui
Machines d’essai au choc, modèles spécifiques grande largeur,
résistance à la compression de caisses, machines multipostes
Tinius Olsen
(JFC)
Oui*
Non
Non
Oui
Machines d’essai au choc type résilience et mouton pendule
Zwick Roell
Oui*
Oui
Oui
Machines électromécaniques/hydrauliques avec
nombreux accessoires (mâchoires de traction,
plateaux de compression, bancs de flexion, etc.)
Machines de fatigue, vibrophores, mouton-pendule, machines
de dureté, d’emboutissabilité, fluidimètre,
presse à découper, etc.
Torsion
Réalisations
spécifiques
Machines “universelles”
Autres
Moutons pendules pour essais selon Charpy et Izod
*dont machines hautes capacités (> 300 kN)
MESURES 796 - JUIN 2007 - www.mesures.com
91
Guide d’achat
Course et vitesse. La course et la vitesse de
déplacement de la traverse mobile sont des
critères déterminants dans le choix d’une
machine d’essais. Là aussi, tout dépend du
type de matériau que l’on souhaite tester, et
de l’essai que l’on réalise. « Certains matériaux
nécessitent une course très importante. Le latex, par
exemple, s’allonge à plus d’un mètre ! », souligne
M. Domnesques (Lloyd Instruments). Dans ce
domaine, la plupart des fournisseurs proposent un choix assez large pour répondre à
toutes sortes d’applications. Les modèles
TCF0345-0351 d’Hoytom (commercialisés
en France par Controlab), par exemple, offrent des courses de traverse allant jusqu’à
1 500 mm. On les utilise en particulier pour
réaliser des essais de traction d’élastomères.
D’autres fournisseurs proposent aussi des
versions “rehaussées” de leur machine, avec
des courses supérieures à celle des modèles
classiques (pour des essais de traction sur des
feuilles plastiques ou des textiles présentant
de grands allongements). Et si le standard ne
suffit pas, il est toujours possible de se tourner vers le spécifique. Lloyd Instruments, par
exemple, a ainsi déjà vendu une machine
spéciale d’une capacité de 100 kN avec une
course de 4,60 mètres…
Quant à la vitesse de déplacement de la traverse, on trouve, là encore, de quoi satisfaire à
tous les besoins. Si l’on souhaite réaliser des
essais normalisés, mieux vaut s’assurer auparavant que la machine d’essais permet bien de
respecter les normes voulues (avec les vitesses
de déplacement prévues dans les normes).
Autre précaution à prendre, ne pas négliger la
précision de la vitesse (exprimée en pourcentage de la vitesse de consigne) qui peut être
parfois très différente d’une machine à l’autre.
Enfin, la vitesse de la traverse est un critère
important en cours d’essai, mais aussi après
l’essai, car c’est elle qui détermine le temps
Et la torsion ?
S’il n’existe que peu de machines spécifiquement réservées à la traction, à la compression ou
à la flexion, la torsion constitue, quant à elle, un
domaine à part, avec des fournisseurs et des utilisateurs spécifiques. La plupart des modèles sont
des machines au sol de construction horizontale
ou verticale. Pour bien choisir, il faudra là aussi
prendre en compte de nombreux critères, tels
que la capacité (valeur de couple maximale), la
gamme de vitesse de rotation, la précision sur la
mesure de couple et sur la mesure d’angle, ainsi
que les dimensions maximales des pièces.
92
Lloyd Instruments (Ametek)
au bout duquel la machine sera revenue dans
sa position initiale. Si l’on doit réaliser des
essais à grande cadence, il faut donc examiner
ce critère avec une attention particulière.
Capteur de déplacement ou extensomètre ? Pour mesurer la déformation de la pièce
au cours de l’essai, il existe deux méthodes
très différentes. Le plus souvent, on utilise le
capteur de déplacement qui est intégré, dans
toutes les machines d’essais, à la traverse mobile. Ce capteur permet de mesurer le déplacement de la traverse et, indirectement, l’allongement de la pièce (dans le cas d’un essai
de traction).
La mesure indirecte de la déformation convient à de nombreux essais de traction, compression ou flexion, en particulier lorsque les
pièces présentent un fort allongement. Mais
elle souffre d’une limite. Du fait qu’il est placé
sur la traverse, le capteur de déplacement mesure en réalité la déformation de toute la
chaîne de mesure (pièce, accessoires de serrage, traverse, etc.). La méthode ne convient
donc pas lorsqu’on recherche une précision
importante, ou lorsqu’il s’agit de mesurer de
très faibles déformations (c’est le cas notamment avec des matériaux métalliques).
Pour pallier cette limite, certains fournisseurs
proposent d’utiliser un extensomètre pour
mesurer directement l’allongement de la
pièce. La mesure directe, imposée dans certaines normes d’essais, est plus précise. « Dans
certains domaines (c’est le cas notamment de la métallurgie),elle est incontournable », précise Mme Vieira
(Zwick France).
Les fabricants qui fournissent cette solution
proposent généralement une large gamme
d’extensomètres (capteurs capacitifs, LVDT,
jauges, capteurs laser, systèmes vidéo, etc.).
Pour bien choisir, il faut prendre en compte
de nombreux critères. Le type de matériau,
en particulier, est déterminant. « Si l’on cherche à mesurer l’allongement d’un film plastique, par
exemple, il faudra forcément opter pour un extensomètre sans contact », souligne M. Domnesques
(Lloyd Instruments). Dans ce cas, on utilisera
par exemple un extensomètre laser ou vidéo.
Avec des matériaux métalliques ou des polymères durs, en revanche, le contact entre
le capteur et la pièce n’est pas gênant. Dans
ce cas, on pourra par exemple utiliser des
jauges de contraintes.
Le choix du capteur dépend aussi de l’allongement du matériau (il existe ainsi des extensomètres dotés d’une course allant jusqu’à un mètre, pour des essais sur
caoutchoucs), de la température à laquelle
se fait l’essai, et de la résolution attendue.
Enfin, toutes les solutions ne présentent pas
la même facilité d’utilisation. Si l’on utilise
un extensomètre vidéo, par exemple, il faudra auparavant placer des repères à la surface
de l’échantillon... A moins d’opter pour l’extensomètre vidéo OptiXtens de Zwick, qui
permet de se passer des marquages (voir
notre n° 749 de novembre 2002 page 11).
Les essais en température. Si la plupart des
essais s’effectuent à température ambiante,
il existe aussi des applications où l’on a besoin de soumettre la pièce à des sollicitations
à la fois mécaniques et thermiques. C’est le
cas notamment dans la plasturgie, l’aéronautique ou l’automobile. Pour cela, certaines
machines d’essais sont équipées en option
d’enceintes thermiques. Cette option était
réservée par le passé aux machines bicolonnes. Elle est désormais présente aussi sur
quelques modèles monocolonne. « Il n’est
donc plus nécessaire de s’équiper d’une machine
bicolonne simplement pour avoir la possibilité d’utiliser une enceinte thermique, alors que l’on pourrait
se contenter d’une machine de faible capacité »,
souligne Mme Vieira (Zwick France).
Reste ensuite à considérer la température
maximale ou minimale de l’enceinte, l’homogénéité de la distribution en température,
et la simplicité d’installation. Les enceintes
les moins coûteuses sont fixes, d’autres peuvent “glisser” sur un rail de guidage pour être
utilisées (ou pas) en fonction des besoins.
Il faut enfin s’assurer, si l’on choisit de mesurer la déformation à l’aide d’un extensomètre,
que ce dernier peut fonctionner dans la
gamme de température prévue lors de l’essai
(ou qu’il est doté d’un système de compensation thermique). Il en est de même pour
les outillages. Les mâchoires, en particulier,
MESURES 796 - JUIN 2007 - www.mesures.com
Guide d’achat
offrent des plages d’utilisation en température différentes suivant le principe de serrage
utilisé (mécanique, hydraulique, etc.).
PC ou pas ? La plupart des machines d’essais
sont actuellement dotées d’un système de
pilotage automatique (le pilotage manuel
devenant alors une option). Dans ce cas, la
machine est associée à un PC qui permet de
rentrer les différents paramètres d’essais, de
visualiser les résultats en temps réel, de les
enregistrer, et éventuellement d’effectuer des
calculs statistiques. Le logiciel joue alors un
rôle déterminant. « Lorsque deux machines d’essais présentent des caractéristiques similaires, c’est
souvent le logiciel qui fera la différence », estime
Mme Vieira (Zwick France). Mais là encore, il
faudra faire des choix… Si certains fournisseurs proposent un logiciel standard, adapté
à tout type d’essais, d’autres fournissent en
effet de véritables boîtes à outils orientées
“métier”, avec des programmes déjà paramétrés suivant le type d’application et conformes aux normes en vigueur. On trouvera
aussi des outils plus ou moins “ouverts”,
avec des niveaux de programmation différents suivant le type d’utilisateur et des accès
protégés par mots de passe. Enfin, certaines
machines peuvent être pilotées à distance via
une télécommande, qui permet d’effectuer
les réglages nécessaires et de déclencher les
essais.
Les machines autonomes, quant à elles, sont
le plus souvent associées à une console de
pilotage. Celle-ci intègre parfois un petit
écran de contrôle (pour visualiser les valeurs
de force et de déplacement) et un clavier
(pour entrer les paramètres d’essai). Certaines
permettent l’enregistrement d’un certain
nombre de résultats et de procédures d’essais, d’autres sont simplement dotées d’une
interface RS232 (pour transmettre éventuellement les résultats à un PC).
Les critères de choix sont donc multiples : la
présence, ou pas, d’un écran d’affichage, la
possibilité d’afficher la courbe force/déplacement ou les seuls résultats numériques, le
nombre de résultats ou de procédures que
l’on peut sauvegarder, la possibilité d’imprimer les résultats, etc.
« Tout dépend de l’utilisation que l’on fait de la
machine, résume M. Vergon (Controlab). Si elle
est destinée à être utilisée en atelier par un personnel
de production qui n’a pas de formation spécifique
et souhaite simplement s’assurer que le produit est
conforme, nous conseillerons plutôt d’utiliser une
console de pilotage, avec éventuellement un affichage.
Si au contraire l’utilisateur souhaite réaliser des
essais relativement complexes en laboratoire, et exploiter les courbes qu’il a obtenues pour en retirer
de nombreux paramètres (module d’Young, limite
élastique, etc.), il lui faudra utiliser un pilotage par
PC. De même s’il a besoin d’éditer des rapports
complets ou d’être en réseau ».
Outre ces différents critères, de nombreux
autres paramètres rentrent en compte dans
le choix d’une machine d’essais. C’est le cas
notamment des accessoires qui sont proposés avec la machine. Suivant les fournisseurs,
on trouve ainsi une gamme plus ou moins
large d’outillages : des mâchoires mécaniques, pneumatiques et hydrauliques, des
plateaux de compression de toutes formes,
simples ou aérés (pour les pièces en mousse),
des bancs de flexion à deux, trois ou quatre
points, des têtes de torsion, le tout avec des
systèmes de montage plus ou moins simples
ou rapides à mettre en œuvre. Attention
aussi aux différents capteurs de force proposés (leur capacité doit en effet être adaptée
aux contraintes de l’application) et à leur
classe de précision.
Autres critères, la rigidité du bâti à pleine
charge, un élément particulièrement important sur les machines de haute capacité (audelà de 200 kN), ainsi que les différents
dispositifs de protection qui sont éventuellement proposés (portes de protection verrouillées pour séparer l’utilisateur de la zone
d’essai, sécurité des capteurs en cas de surcharge, sécurités logicielles pour éviter les
erreurs de manipulation, etc.). Par ailleurs,
il faudra aussi prendre en compte, en environnement peu bruyant, le niveau de bruit
de la machine d’essais à vitesse maximale
(indiqué dans la plupart des documentations
techniques). Et bien sûr le prix, qui peut
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Controlab
Les machines
d’essais se
composent le plus
souvent de deux
colonnes et de
deux traverses
(l’une fixe, l’autre
mobile). Entre la
traverse mobile et
la plaque de base
sont fixées deux
mâchoires
auxquelles on
attache la pièce
à tester.
Instron
s’étaler de 10 000 à 100 000 euros pour des
machines allant de 1 à 300 kN…
Choisir une machine d’essais, c’est enfin
choisir un fabricant. Et ils sont nombreux.
Nous avons ainsi répertorié une quinzaine de
fournisseurs sur le marché français, dont
quelques incontournables (Zwick, Instron, MTS
Systems ou encore Lloyd Instruments pour ne citer
qu’eux). Comment les différencier ? « Nous
sommes comparables à des grands fabricants automobiles,
estime M. Domnesques (Lloyd Instruments).
Nous proposons tous des voitures fonctionnelles, qui sont
toutes pratiquement au même prix, et qui offrent les
mêmes équipements. Ce qui nous distingue, c’est tout ce
qui est autour : certaines options, le niveau de service proposé et la qualité de la relation avec le client ». C’est
ainsi, par exemple, que certains fournisseurs
proposent d’apporter la machine d’essais sur
site pour que leurs clients puissent réaliser
des essais de faisabilité avec leurs propres pièces. Ils misent aussi sur le conseil associé à la
vente, et sur leur expérience dans ce domaine.
Chaque “gros” fabricant a aussi, historiquement, un cœur de métier qui lui est propre.
Lloyd Instruments, par exemple, est plutôt spécialisé à l’origine dans l’emballage, la pharmacie et les cosmétiques. Zwick a quant à lui
plutôt commencé dans l’industrie métallurgique, MTS Systems dans la plasturgie, et Instron
s’est surtout fait connaître dans les écoles et
universités. Certains fournisseurs ont enfin
une forte activité dans la modernisation de
machines d’essais, d’autres se distinguent par
leur accréditation Cofrac…
Marie-Line Zani-Demange
93