Par Russel R. Radant, ingénieur en chef, SPIROL International Corporation

Les cales laminées rendent la vie plus facile aux concepteurs et aux opérateurs de machines, pourvu qu'elles soient correctement usinées.

Il est souvent plus rapide et moins coûteux d'utiliser une cale, fine pièce de métal ou de composite, pour mettre une machine-outil de niveau ou faire s'ajuster des composants, plutôt que de meuler et d'usiner pour obtenir les mêmes réglages mécaniques. Les cales agissent comme ces morceaux de papier pliés qui sont souvent placés sous les pieds d'une table pour l'empêcher d'être bancale. Elles sont souvent utilisées sur des équipements pour atténuer les vibrations et réduire le bruit. Cependant, les cales laminées sont plus polyvalentes et économiques que les feuilles de papier argenté ou les habituelles cales usinées.

Cales laminées

Les cales laminées se composent de strates de matériaux métalliques ou composites qui sont successivement décollées jusqu'à ce que l'épaisseur de la cale corresponde à la cote souhaitée. Leur réglage est facile et s'effectue par pelage des strates avec une lame ou, dans le cas de certains matériaux, sans outil du tout. Elles sont obtenues à partir d'empilages de couches de feuilles métalliques ou composites d'épaisseur calibrée. Les couches sont encollées pour obtenir un empilement rigide qui se présente et remplit les mêmes fonctions qu'une feuille massive ou une plaque. Les cales finies résistent à un traitement raisonnable, y compris le cisaillement et l'usinage.

Les cales laminées sont produites par encollage de la surface des couches de feuilles métalliques de précision ou par encollage époxy de la surface des pellicules de films composites. Les couches peuvent être, entre autres, en aluminium, acier inoxydable, acier haut carbone ou laiton,. L'épaisseur des cales finies varie de 0.015 à 0.635 cm. L'encollage s'effectue sous chaleur et pression pour durcir la colle et en réduire l'épaisseur à un point où elle est pratiquement indétectable. A des températures supérieures à environ 150°C, l'agent adhésif des couches métalliques peut cependant se détériorer et une perte négligeable de l'épaisseur totale peut être observée. Par contre, même en chauffant la résine des films composites au-dessus de 230 °C, les performances de la cale ne sont pas affectées.

Considérations relatives aux cales

Les concepteurs doivent connaître les efforts exercés sur les cales laminées avant d'en déterminer le matériau. De plus, les faces externes des cales laminées ne doivent pas être exposées à des efforts de friction qui pourraient déplacer les strates, avant que la que la cale n'ait été enduite de PTFE (agent antifriction). Faute de quoi, la cale peut se s'effeuiller. Cependant, si les pièces comportent des trous de passages de vis, les seuls efforts subis par la cale seront ceux exercés par le serrage de ces vis. Dans ce cas, les cales laminées peuvent être utilisées sans aucune restriction. Il est préférable que les cales laminées soient usinées plutôt qu'embouties. L'usinage permet en effet d'obtenir des bords parfaitement nets, ce qui facilite le pelage des cales. L'usinage empêche également la formation de bavures lors du pelage des couches. Les bavures sont une conséquence de l'emboutissage.

Les cales peut être partiellement solide et partiellement laminée. Ce type de cale se présente sous la forme soit 1/2 ou 3/4 solide, selon le rapport section partie solide/épaisseur totale. Les épaisseurs standard de la partie solide sont de 0,062, 0,094, et 0,125 pouces. Les cales semi-solides sont utilisées pour renforcer la solidité d'une conception, adapter une surface d'appui sur un côté de la cale, répondre aux exigences d'une cale épaisse nécessitant peu de réglages de sa section laminée, et pour réduire les coûts.

Les cales laminées présentent certaines restrictions dimensionnelles. Par exemple, les cales laminées en laiton dont le diamètre est supérieur à 30 cm doivent être fabriquées en plusieurs parties. En règle générale, l'épaisseur de chaque section ne doit jamais être inférieure au tiers de l'épaisseur totale de matière. Les bords des cales laminées ne doivent jamais être arrondis, et le fait d'ébavurer les cales laminées peut les rendre difficiles à peler.

Pourquoi utiliser des cales ?

Trois raisons fondamentales justifient l'utilisation de cales dans la conception d'assemblages et de dispositifs : 

Compensation de tolérances

Les cales permettent d'éliminer le temps et le coût nécessaires à l'obtention de tolérances d'usinage serrées sur les composants en contact. Elles permettent également de compenser les tolérances cumulées lors de l'assemblage. Il est préférable de prévoir une cale lors de la conception plutôt que de découvrir plus tard que vous en avez besoin à l'étape d'assemblage.

Alignement précis

Les cales permettent d'aligner les surfaces parallèles et angulaires lorsque les éléments d'interfaçage doivent être solidarisés.

Compensation d'usure

Les cales permettent de compenser l'usure et sont souvent conçues pour être le composant sacrificiel, de sorte que les composants mécaniques de base conservent leur précision originale.

Conditions fonctionnelles nécessitant l'utilisation de cales laminées

• Lorsque des arbres tournants et des surfaces fixes ou coulissantes doivent être parallèles
• Lorsqu'un jeu axial n'est pas acceptable
• Lorsque les tolérances cumulées horizontales ou verticales sont difficiles à maîtriser
• Lorsque l'usure par rotation, l'usure par glissement, ou d'autres efforts mécaniques modifient les dimensions d'un assemblage ou d'un composant

Avantages des cales laminées

• Réduisent le temps d'assemblage
• Précision dimensionnelle sans avoir à usiner les composants
• Réglages rapides sur ligne de production et lors des réparations sur le terrain
• Aucun besoin de rectification
• Minimisent les coûts et maximisent la précision de production tout en réduisant le stock d'articles

Détermination du matériau laminé adéquat

Choisissez le matériau laminé qui convient le mieux aux besoins de votre application :

Matériau	Résistance à la pression (psi)
Aluminium	14 223
Laiton	64 004
Aciers inoxydable	99 562
Acier au carbone	120 897

 

Si l'environnement de l'application est : 

• Inférieur à 150°C sans pression : utiliser l'aluminium
• Inférieur à °150°C avec pression : tous matériaux mentionnés peuvent être utilisés
• Supérieur à 150°C avec ou sans pression : utiliser le laiton, l'acier inoxydable, ou l'acier haut carbone

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