Dans le domaine des machines de précision et des instruments de mesure, lorsqu'un seul composant en granit ne suffit pas pour des structures complexes ou de grande taille, l'assemblage par épissure est devenu la méthode privilégiée pour la fabrication de composants ultra-dimensionnés. Le principal défi consiste à obtenir une liaison parfaite tout en garantissant une précision globale. Il est nécessaire non seulement d'éliminer l'impact des joints d'épissure sur la stabilité structurelle, mais aussi de maîtriser l'erreur d'épissure à l'échelle du micron, afin de satisfaire aux exigences strictes des équipements en matière de planéité et de perpendicularité du support.
1. Usinage de précision des surfaces de jonction : le fondement d’une connexion sans défaut
L'assemblage parfait des éléments en granit commence par un usinage de haute précision des surfaces de jonction. Celles-ci sont d'abord soumises à un meulage plan. Plusieurs passes de meulage sont effectuées à l'aide de meules diamantées, permettant de contrôler la rugosité de surface à Ra 0,02 µm et l'erreur de planéité à 3 µm/m maximum.
Pour les composants rectangulaires assemblés, un interféromètre laser est utilisé pour calibrer la perpendicularité des surfaces de jonction, garantissant ainsi que l'erreur angulaire entre les surfaces adjacentes est inférieure à 5 secondes d'arc. L'étape la plus critique est le meulage par appariement des surfaces de jonction : deux composants en granit à assembler sont fixés face à face, et les aspérités sont éliminées par frottement mutuel afin de former une structure complémentaire et homogène à l'échelle micrométrique. Ce collage quasi-miroir permet d'atteindre une surface de contact supérieure à 95 %, assurant ainsi une base de contact uniforme pour l'application ultérieure d'adhésifs.
2. Choix et application de l'adhésif : un élément clé de la résistance de la liaison
Le choix des adhésifs et leur application influent directement sur la résistance de l'assemblage et la stabilité à long terme des éléments en granit. L'adhésif époxy industriel est le plus couramment utilisé. Après mélange avec un durcisseur dans des proportions précises, il est placé sous vide afin d'éliminer les bulles d'air. Cette étape est cruciale car, après durcissement, les minuscules bulles présentes dans le colloïde peuvent créer des points de concentration de contraintes, susceptibles de compromettre la stabilité structurelle.
Lors de l'application de l'adhésif, la méthode d'application à la racle est utilisée pour contrôler l'épaisseur de la couche adhésive entre 0,05 mm et 0,1 mm. Une couche trop épaisse entraînerait un retrait excessif au durcissement ; une couche trop fine ne permettrait pas de combler les micro-fissures des surfaces de jonction. Pour les assemblages de haute précision, de la poudre de quartz, dont le coefficient de dilatation thermique est proche de celui du granit, peut être ajoutée à la couche adhésive. Ceci réduit efficacement les contraintes internes dues aux variations de température, garantissant ainsi la stabilité des composants dans différents environnements de travail.
Le procédé de polymérisation utilise une méthode de chauffage par étapes : les composants sont d’abord placés dans un environnement à 25 °C pendant 2 heures, puis la température est augmentée jusqu’à 60 °C à raison de 5 °C par heure. Après 4 heures de maintien à cette température, ils sont laissés refroidir naturellement. Cette méthode de polymérisation lente contribue à réduire l’accumulation de contraintes internes.
3. Système de positionnement et d'étalonnage : élément central de l'assurance de précision globale
Pour garantir la précision globale des éléments en granit assemblés, un système de positionnement et d'étalonnage professionnel est indispensable. Lors de l'assemblage, la méthode de positionnement en trois points est utilisée : trois trous de positionnement de haute précision sont prévus sur le bord de la surface à assembler, et des broches de positionnement en céramique servent au positionnement initial, permettant de contrôler l'erreur de positionnement à moins de 0,01 mm.
Par la suite, un tracker laser contrôle en temps réel la planéité globale des composants assemblés. Des vérins permettent d'ajuster la hauteur des composants avec précision jusqu'à ce que l'erreur de planéité soit inférieure à 0,005 mm/m. Pour les composants très longs (tels que les bases de guidage de plus de 5 mètres), l'étalonnage horizontal est réalisé par sections. Un point de mesure est défini tous les mètres, et un logiciel est utilisé pour ajuster la courbe de rectitude globale, garantissant ainsi que l'écart sur l'ensemble de la section ne dépasse pas 0,01 mm.
Après étalonnage, des éléments de renforcement auxiliaires tels que des tirants en acier inoxydable ou des équerres sont installés au niveau des joints de raccordement afin d'empêcher tout déplacement relatif des surfaces de raccordement.
4. Soulagement du stress et traitement du vieillissement : garantie de stabilité à long terme
La relaxation des contraintes et le traitement de vieillissement sont essentiels pour améliorer la stabilité à long terme des éléments en granit assemblés. Après l'assemblage, les éléments doivent subir un traitement de vieillissement naturel. Ils sont placés pendant 30 jours dans un environnement à température et humidité constantes afin de permettre une relaxation progressive des contraintes internes.
Pour les applications exigeantes, on peut recourir au vieillissement par vibration : un dispositif vibratoire applique des vibrations basse fréquence (50 à 100 Hz) aux composants, accélérant ainsi la relaxation des contraintes. La durée du traitement dépend de la qualité des composants et est généralement de 2 à 4 heures. Après le traitement de vieillissement, la précision globale des composants est contrôlée. Si l’écart dépasse la valeur admissible, une rectification de précision est effectuée. Ceci garantit que le taux d’atténuation de la précision des composants en granit assemblés ne dépasse pas 0,002 mm/m par an, même en cas d’utilisation prolongée.
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Date de publication : 27 août 2025