Le matériau de la cage d’un roulement joue un rôle crucial dans ses performances et sa durabilité selon vos applications. Un mauvais choix peut affecter son efficacité, entraîner une usure prématurée et même des pannes. Parmi les matériaux disponibles, tels que l’acier, le laiton, le polyamide, le PEEK ou encore la céramique, chacun a des caractéristiques qui le rendent adapté à des conditions d’utilisation spécifiques. Dans cet article, nous explorerons les différents matériaux utilisés pour les cages de roulements, afin de vous aider à faire le bon choix en fonction de vos besoins.

Quel est le rôle de la cage dans un roulement ?

Avant de se lancer dans le choix du matériau, il est important de comprendre la fonction de la cage dans un roulement. Elle assure plusieurs missions essentielles :

• Maintenir un espacement optimal entre les éléments roulants, garantissant une répartition homogène des charges.
• Réduire les frictions et la chaleur générée, ce qui permet de minimiser l’usure et d’améliorer les performances.
• Guider les éléments roulants lorsque ceux-ci sortent de la zone de charge.
• Empêcher la chute des éléments roulants lors du montage ou du démontage du roulement.

Les cages guidées par des éléments roulants permettent au lubrifiant de pénétrer facilement dans le roulement. Les cages centrées sur les bagues permettent un guidage plus précis et sont généralement utilisées lorsque les roulements doivent supporter des vitesses élevées, de hauts niveaux de vibrations ou des forces d'inertie dues aux mouvements de l'ensemble du roulement.

Quels sont les principaux types de cages ?

Durant le fonctionnement des roulements, les cages sont soumises à des différentes contraintes : frottements, charges, forces... Elles sont également soumises à des contraintes chimiques de types agents de refroidissement, lubrifiant, graisse... A cause de toutes ces différentes contraintes le choix du type de matériaux utilisé pour une cage est un élément primordial à prendre en compte lors du choix d'un roulement selon une application donnée. 

1. Les cages en acier

Les cages en acier comportent l'avantage de pouvoir être utilisées dans des applications à haute température : elles supportent jusqu'à 300°C. 

Les cages en tôle d'acier

Les cages en tôle d'acier emboutie ont une faible teneur en carbone. Elles sont légères tout en ayant une résistance relativement élevée, elles peuvent faire l'objet d'un traitement de surface de façon à réduire le frottement et l'usure dans des conditions difficiles. 

Les cages usinées en acier

Elles sont généralement fabriquées en acier de construction non allié. Certaines cages usinées en acier font l'objet d'un traitement de surface pour réduire le frottement et l'usure. Elles ne sont pas affectées par les lubrifiants à base d'huiles minérales ou de synthèse, ni par les solvants organiques.

Les cages en acier trempé

Elles possèdent une résistance supérieure aux chocs et à l'usure par rapport à l'acier classique. Elles sont recommandées pour les roulements soumis à des charges lourdes ou à des conditions difficiles, telles que des vibrations et des chocs répétitifs.

2. Les cages en laiton

Elles sont utilisées dans des applications de températures élevées jusqu'à 250°C. Elles possèdent une bonne résistance à la corrosion et une excellente tenue aux vitesses élevées et faible friction. 

Les cages embouties en laiton sont utilisées pour des roulements de petites à moyennes tailles. On les retrouve notamment dans les compresseurs de réfrigération utilisant de l'ammoniac.

Les cages usinées en laiton

Elles sont insensibles à la plupart des lubrifiants, aux huiles et graisses synthétiques et peuvent être nettoyées avec des solvants organiques. 

3. Les cages polymère

Ce type de matériau présente l'avantage d'être à faible bruit, d'absorber les chocs et les vibrations, et possède un faible coefficient de friction. On compte 3 variations principales de polymère.

Les cages en polyamide 6.6 (Nylon)

Le polyamide 6.6 (PA66), avec ou sans fibres de verre, est résistante et élastique. Cette résistance et élasticité varie selon les températures de l'environnement appliquées. Les facteurs qui impactent le plus ce matériau sont la température, le temps et les différents produits chimiques appliqués. Ainsi, l'utilisation de ce type de cages dans des applications spécifiques dépend des conditions de fonctionnement (environnement abrasif, solvants agressifs, températures hautes ou basses). 

Dans le cas de faibles températures, ce matériau perd de son élasticité, ainsi une application inférieure à 40°C ne conviendra pas. Dans le cadre de solvants chimiques tel que l'ammoniaque, la température de fonctionnement ne doit pas excéder les 70°C. 

Les cages en polyamide 46

Le polyamide 46 renforcé en fibres de verre (PA46) est le matériaux standard pour les cages de petits et moyens roulements. Ce matériau supporte des températures de 15°C plus élevées que le PA66.

Les cages en Polyétheréthercétone

Le polyétheréthercétone (PEEK) est un thermoplastique hautes performances semi-cristallin. Renforcé en fibres de verre, il convient mieux aux vitesses élevées, aux composants chimiques et aux températures élevées que le PA66 et le PA46. Ce matériau combine à la fois résistance et flexibilité. Ces cages conviennent particulièrement aux roulements à billes, aux rouleaux cylindriques hybrides et de Super Précision. Le PEEK ne présente aucun signe de vieillissement dû à la température ou à l'huile jusqu'à 200°C. Cependant, associé à une vitesse élevée, le PEEK supportera une température jusqu'à 150°C. 

6. La cage en céramique

Elle présente une résistance exceptionnelle à l'usure, aux températures élevées, et aux environnements chimiques agressifs. Elle est très légère, ce qui permet de réduire les pertes par friction.

Néanmoins, elle représente un coût plus élevée et peut comporter plus de fragilité dans certaines conditions de choc.

Ce matériau est idéal pour des applications à très haute vitesse, des environnements de températures extrêmes ou chimiques. Très utilisé dans l'aérospatiale, les moteurs électriques haute performance, et les applications où une résistance maximale aux contraintes est requise.

Quand opter pour une cage de roulement non standard ?

Dans la majorité des cas, une cage standard convient parfaitement. Cependant, pour certaines applications spécifiques, il est nécessaire de choisir un matériau particulier :

• Températures extrêmes (>200°C) : Privilégiez une cage en acier ou en polymère graphité.
• Chocs et vibrations intenses : Optez pour une cage en acier trempé ou en laiton massif.
• Vitesses élevées : Le laiton, le PEEK et la céramique sont les plus adaptés.
• Lubrification à l’huile avec additifs chimiques : L’acier ou le laiton sont des choix recommandés.
• Environnement chimique agressif (ammoniac, solvants) : Le PEEK et la céramique sont les meilleures options.

Quel suffixe correspond à quel matériau ?

Les cages sont généralement identifiées par un suffixe spécifique dans la désignation du roulement. Toutefois, ces suffixes varient d’un fabricant à l’autre et ne suivent pas nécessairement les normes ISO. En voici quelques exemples de marques de roulements premium :

Si vous êtes incertain du type de cage à choisir, consultez la documentation technique du fabricant ou demandez l’avis d’un expert.

En résumé, le choix du matériau pour la cage de roulement dépend des conditions d'utilisation spécifiques :

• Pour une utilisation classique, une cage standard est souvent suffisante et c'est la solution la plus économique.
• Pour des exigences particulières (température, vitesse, chocs, agents chimiques), sélectionnez un matériau adapté qui représente un coût plus important.
• En cas de doute, comparez les caractéristiques techniques des différents fabricants et consultez notre équipe de professionnels qui sauront répondre à vos interrogations.

Le bon choix de matériau pour la cage de votre roulement garantit une meilleure performance et prolonge sa durée de vie.