Cours MP-2 : Forgeage 1 Principe du forgeage : outillage associé

MP Matériaux procédés
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Forgeage
Cours MP-2 : Forgeage
Compétences attendues:
Mettre en place des simulations d’obtention de pièces brutes par forgeage et emboutissage,
Choisir un matériau ou une famille de matériau avec des objectifs multicritères,
Prévoir l’ordre de grandeur et l’évolution de la mesure ou de la simulation,
Critiquer les résultats issus d’une mesure ou d’une simulation.
Fi gure 1 : Cha ll e nge Forge 2011 (ré a li sa ti on d'un vil e bre qui n)
Le forgeage déforme un matériau en phase solide :
Figure 2 : Forgeage libre de pièces de gros volume.
Ce procédé permet d'obtenir une pièce finie ou semi-finie selon la technique utilisée et selon les formes
attendues.
1 Principe du forgeage : outillage associé
Principe du forgeage
Le processus de forgeage est répétitif (matériau statique sous un pilon, avec ou sans empreinte) ou
continu (circulation de la matière à travers la machine : fabrication de profilés ou de tôles).
Il est généralement réalisé sur les métaux chauffés.
Amélioration de la résistance mécanique
Le forgeage est utilisé pour donner au matériau une résistance particulière par l'orientation des fibres et
par la diminution de la taille des cristaux.: fabrication de pièces à forme complexe fortement sollicitée :
outillage, vilebrequin,…
Le gain en terme de résistance mécanique est encore plus important pour le forgeage à froid (laminage
de tôle ou de barres).
Précision attendue
La précision en forgeage est de l'ordre de 0,1 à 1mm (meilleure à froid).
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1.1 Forge libre
Il s'agit de former une pièce par frappe répétitive du matériau (préalablement chauffé) entre une enclume
et un pilon:
☺ coût en fabrication unitaire (par rapport aux autres procédés de forgeage),
☺ les pièces peuvent être massives (aciérie, architecture,…)
durée de réalisation.
Figure 3 : forgeage libre d'un arbre de grande dimension.
1.2 Estampage (matriçage)
L'estampage consiste à déformer une pièce entre 2 matrices qui vont donner la forme à la
pièce (il peut y avoir 2 matrices d'ébauche puis 2 pour la finition).
La déformation va être obtenue par choc d'un pilon massif dont l'inertie va s'ajouter à la pression d'un
vérin hydraulique ou électrique.
On parle de matriçage pour les alliages non ferreux.
L'obtention de la pièce finale peut nécessiter plusieurs chocs entre les matrices (pilonnage).
Figure 4 : matriçage d'un galet
Ebauche
Finition
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1.3 Extrusion des métaux
A la différence de l'extrusion pratiquée pour les polymères, l'extrusion des métaux est une déformation
généralement pratiquée à froid (en tous cas en phase solide).
L'extrusion consiste à repousser une pièce, généralement de révolution, selon son axe de révolution afin
de lui faire prendre la forme d'une matrice ou d'une filière.
fr.rtiintl.com
Figure 5 : Formes obtenues par extrusion métallique
http://www.eriautomation.com
www.gevelot-extrusion.com
1.4 Emboutissage
L'emboutissage consiste à déformer à froid une tôle pincée entre une matrice (qui donne la forme à la
pièce) et un serre flan (qui maintient la tôle plaquée contre la matrice).
L'estampage permet de rigidifier la tôle ou de donner une forme particulière (cannette de boisson par
exemple). Par ailleurs la déformation appliquée contribue à augmenter la résistance du matériau tout en
limitant son élasticité.
Figure 6 : emboutissage en grande déformation
Figure 7 : thermoformage des polymères
Le thermoformage est une sorte d'emboutissage pour les
polymères (le thermoformage est usuellement classé dans la
catégorie des procédé par moulage). La déformation est obtenue
par aspiration de l'air entre le film plastique et la matrice (ou
surpression à l'extérieur).
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1.5 Pliage
Le pliage est une déformation plastique à froid obtenue grâce à une force appliquée sur la longueur de
la pièce, la pièce étant pincée entre 2 matrices.
Figure 8 : Pliage sous presse
Figure 9 : Pliage en l'air
Matrice mobile
Matrice fixe
Dans le pliage sous presse, la forme du pliage est donnée par le poinçon et la matrice.
☺ L'angle obtenu est proche de l'angle de la matrice (à 0,5° prêt),
Les efforts mis en jeu sont importants (épaisseur de tôle limitée à quelques millimètres)
Dans le pliage en l'air, la forme du pli est donné par la matrice et l'angle du pli dépend du déplacement
effectué par le sabot.
☺ Les efforts mis en jeu sont modérés, ce qui fait le succès de cette technique.
L'angle final sera inférieur à l'angle maximum imposé en fin de pliage à cause de l'élasticité de la tôle
(de 1 à 2°).
Remarque : le pliage est une forme d'estampage.
1.6 Matériaux –procédés
Tous les métaux sont susceptibles d'être mis en forme par forgeage.
On privilégiera les matériaux ductiles (capable de grande déformation) et de résistance mécanique pas
trop élevée.
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2 Contraintes techniques et économiques
Figure 10 : comparatif de coût des procédés de forgeage (sources CesEdupack 2011)
Le thermoformage (procédé de moulage) dont le coût réduit favorise l'emploi pour la mise en forme de
plaque en polymère (capot,…).
Le laminage circulaire et l'estampage de feuilles sont économiques (séries supérieures 1000).
Les autres procédés seront utilisés dans le cadre de fabrication de masse si leur surcoût peut être
compensé par le débit de production, la qualité de fabrication et la durée des outillages.
3 Adaptation des formes
Ordre
-
de grandeur des épaisseurs courantes :
quelques millimètres pour le pliage ou l'emboutissage,
quelques centimètres pour l'estampage,
quelques dizaines de centimètres pour le forgeage libre.
Formes adaptées à la sortie de l'empreinte: les formes arrondies et les dépouilles sont à prévoir pour
faciliter la sortie de l'empreinte,
Formes adaptées à un refroidissement homogène : pour les procédés travaillant à chaud, la variation
des épaisseurs devra être modérée et symétrique afin d'éviter la déformation lors du refroidissement.
Toile : les trous perpendiculaires au plan de joint ne seront pas débouchants. Il reste une toile dont
l'élimination nécessiterait des pressions trop grandes. Cette toile est éventuellement enlevée en finition
par usinage.
Forgeage
Figure 11 : toile en forgeage
(image ProcessWorks)
Forme initialement souhaitée
Forme brute obtenue par forgeage
(arrondis, dépouilles, toile)
Références :
ProcessWorks (base de données et simulation)
http://www.rocdacier.com/ressource.n.22/cours-sur-le-pliage-des-toles-.html
Logiciel CES EduPack 2011
Guide du dessinateur industriel de A.Chevalier Edition Hachette Technique
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