4. les procedes d`obtention par deformation plastique

Sciences de l’ingénieur - PTSI – lycée Joliot curie
SV6 - Conception et élaboration des ensembles mécaniques – obtention pièces brutes
4. LES PROCEDES D'OBTENTION PAR DEFORMATION
PLASTIQUE
-
laminage
forgeage libre
matriçage/estampage
-
emboutissage
extrusion filage
Tréfilage
4.1 Laminage
Laminoir.
Barres de section constante, de
forme simple.
On fait passer un profilé entre des
rouleaux qui vont diminuer sa
section, l'entraînement du profilé
se fait par la rotation des rouleaux
en sens inverse.
Il permet également la production
de barres profilés (produits
longs).
Le laminage est un procédé de fabrication par déformation
plastique. Il concerne différents matériaux comme du métal ou
tout autre matériau sous forme pâteuse comme le papier ou les
pâtes alimentaires. Cette déformation est obtenue par
compression continue au passage entre deux cylindres tournant
dans des sens opposés appelés laminoir.
Un laminoir est une installation industrielle ayant pour but la
réduction d'épaisseur d'un matériau (généralement du métal). Il
permet également la production de barres profilées (produits
longs).
Il existe de nombreux types de laminoirs :
•
laminoir à produits plats
•
laminoir à produits longs
•
laminoirs à fils
•
laminoirs à rouleaux coniques : pour le formage des
roues pour le chemin de fer
•
laminoir à pâtes alimentaires : pour toutes les
nouilles plates y compris les lasagnes
•
laminoir de boulangerie/pâtisserie : pour les pâtes à
tartes, la pâte feuilletée et à croissants
Plus facile de déformer si matériau :
- ductile
- limite élastique faible
CO_SV6_procede_obtention_pièces_brutes.doc
J.LETARD
page 8
Sciences de l’ingénieur - PTSI – lycée Joliot curie
SV6 - Conception et élaboration des ensembles mécaniques – obtention pièces brutes
4.2 Forgeage
Pièces forgées dans Boîte de vitesse
1) Arbre primaire 2) Arbre secondaire 10) Pignon menant de 3è 11)
Baladeur de 3è\4è 13) Pignon menant de 4è 15) Pignon menant de 5ème
,16) Baladeur de 5ème, 18) Pignon mené de 5ème 19) Pignon mené de 4ème
20) Pignon mené de 3ème,22) Baladeur de 1è\2è 23) Pignon mené de 1ère,
24) Pignon inverseur de MAR 29) Couronne de différentiel 35) Planétaire
36) Satellites 37) Axe des satellites 40) Pignon mené de 2è
Pièces forgées dans
Attelage mobile moteur
1) Vilebrequin
12) Bielle
16) Axe de piston
Vilebrequins
4.2.1 Forgeage
libre
Marteau pilon ou presse.
Ebauches de pièces pour estampage.
Avec des outils très simples, on vient ébaucher la forme d'un lopin chauffé.
CO_SV6_procede_obtention_pièces_brutes.doc
J.LETARD
page 9
Sciences de l’ingénieur - PTSI – lycée Joliot curie
SV6 - Conception et élaboration des ensembles mécaniques – obtention pièces brutes
4.2.2 Matriçage, estampage
Le matriçage consiste à déformer un lopin (pièce découpée dans une barre métallique) préalablement chauffé entre
deux matrices en acier comportant des cavités correspondant aux formes de la pièce à obtenir. Ces matrices sont
montées sous un marteau pilon (travail au choc pour les pièces en acier) ou sous une presse (pour les pièces en
alliage non ferreux, aluminium, cuivre, titane, nickel…).
Les termes estampage et matriçage
sont deux termes synonymes,
cependant
"estampage"
est
généralement utilisé pour le forgeage
des pièces en acier et "matriçage"
pour les métaux non ferreux.
Une bavure inévitable et nécessaire
(joint assurant un bon remplissage
des gravures) est éliminée, par
cisaillage sur une presse auxiliaire.
Les forces des presses hydrauliques
(matriçage) varient de 1000 à 25000
kilonewtons (100 à 2500 tonnesforce), il est à noter la présence à
Issoire de la plus grosse presse
hydraulique du monde occidental
avec une force de 650000 kilonewtons (65000 tonnes).
CO_SV6_procede_obtention_pièces_brutes.doc
J.LETARD
page 10
Sciences de l’ingénieur - PTSI – lycée Joliot curie
SV6 - Conception et élaboration des ensembles mécaniques – obtention pièces brutes
 Principe
Matrice supérieure
Déplacement de
matrice supérieure
la
Surface de joint
Empreintes
Matrice inférieure
Lopin (état
pâteux)
Bavure
Le travail ce fait à chaud, le prix élevé des outillages implique une utilisation de ce procédé pour des séries moyennes
à grandes (1000 pièces mini)
Matériau
Acier
Laiton
Cupro Aluminium
Alliage d'aluminium
CO_SV6_procede_obtention_pièces_brutes.doc
Température de forgeage
1050°C
750°C
850°C
470°C
J.LETARD
page 11
Sciences de l’ingénieur - PTSI – lycée Joliot curie
SV6 - Conception et élaboration des ensembles mécaniques – obtention pièces brutes
Avantages du procédé :
 Cadence élevée (de 100 à 4000 pièces/h suivant volume et presse)
 Caractéristiques mécaniques élevées du fait de l'orientation des fibres, très bon rapport résistance masse.
 Comparaison moulage/matriçage
Caractéristiques
Fonderie sous pression
Matriçage à chaud
Seuil de rentabilité
5000 à 10000 pièces
1000 à 2000 pièces
Coût de l'outillage
Important
Moyen
Type de forme
Très ouvragée
Moyennement ouvragée
Epaisseur des pièces
Pièces pouvant êter fines
Pièces plutôt massives
Ebauche
Néant
Parfois obligatoire
Insert surmoulage
Possible
Néant
Résistance mécanique
Moyenne
Excellente
Structure de la matière
Pouvant contenir des porosités
Aucune porosité
Etanchéité
Moyenne
Très bonne
Etat des surfaces
Moyen / Bon
Bon / Très bon
Dureté
Couche oxydée dure
Aptitude aux reprises en calibrage à froid
Aptitude au polissage
Moyenne
Bonne
Aptitude à l'usinage
Moyenne
Bonne
Production
Multi-empreintes
Souvent mono-empreinte
Parachevèment
Limité
Important
Type de matière
Aluminium, Laiton, Bronze, Zamak
Aciers (estampage) Aluminium, Laiton, Bronze,
Cuivre, CuCr, Cupro,
CO_SV6_procede_obtention_pièces_brutes.doc
J.LETARD
page 12
Sciences de l’ingénieur - PTSI – lycée Joliot curie
SV6 - Conception et élaboration des ensembles mécaniques – obtention pièces brutes
4.3 Emboutissage
Emboutissage :
1. Presse.
2. Produits d'épaisseur constante.
3. Le brut est une tôle (flanc), l'épaisseur ne change pas.
L'emboutissage permet d'obtenir des pièces de formes déterminées, sans recourir à la fusion. L'opération peut se
faire à froid ou à chaud, manuellement ou par l'intermédiaire de machines (presse à emboutir). La pièce est formée à
l'aide d'estampes (poinçon et matrices) adéquates, entre lesquelles est comprimée une feuille de métal.
L’emboutissage se pratique à l’aide de
presses à emboutir de forte puissance
munies d’outillages spéciaux qui
comportent, dans le principe, trois
pièces :
une matrice, en creux, épouse la forme
extérieure de la pièce
un poinçon, en relief, épouse sa forme intérieure en réservant l’épaisseur de la tôle
un serre-flan entoure le poinçon, s’applique contre le pourtour de la matrice et sert à coincer la tôle pendant l’application
du poinçon.
L’entrée de la matrice doit être très arrondie et polie pour éviter toute déchirure du métal et pour optimiser le
comportement des zones de rétreint - aucun angle ne doit être vif et un parfait état de surface est primordial : la mise au
point de tels outils est une opération très spécialisée et très coûteuse notamment sur les pièces d'aspect (exemple :
plusieurs mois pour l'extérieur d'une portière, capot etc...)
L’opération d’emboutissage typique (double-effet) :
Phase 1 : poinçon et serre-flan sont relevés. La tôle, préalablement graissée, est posée sur la matrice.
Phase 2 : le serre-flan est descendu et vient appliquer une pression bien déterminée, afin de maintenir la tôle tout en lui permettant de fluer.
Phase 3 : le poinçon descend et déforme la tôle de façon plastique en l’appliquant contre le fond de la matrice.
Phase 4 : le poinçon et le serre-flan se relèvent : la pièce conserve la forme acquise (limite d’élasticité dépassée).
Phase 5 : on procède au « détourage » de la pièce, c’est-à-dire à l’élimination des parties devenues inutiles.(essentiellement les parties saisies
par le serre-flan).
Phase 1
Phase 2
Phase
Phase 4
Emboutissage de pièces
de
carrosserie
en
aluminium
CO_SV6_procede_obtention_pièces_brutes.doc
J.LETARD
page 13
Sciences de l’ingénieur - PTSI – lycée Joliot curie
SV6 - Conception et élaboration des ensembles mécaniques – obtention pièces brutes
4.4 Extrusion, filage :
Presse, filage direct ou inverse.
Profilés de section constante (profilés pour fenêtres en alu).
Un piston oblige le métal à passer dans une filière ou à remonter le long du
piston
Le filage est une méthode de mise en forme des métaux par forgeage. Elle
consiste à pousser un matériau ductile (éventuellement rendu ductile par
chauffage) à travers un trou, ou filière. Cette méthode permet d'obtenir des produits longs qui
peuvent être de formes simples (barre, tube) ou plus compliquées (profilé pour l'aéronautique ou le
bâtiment). La poussée permettant la déformation est généralement fournie par des presses
hydrauliques.
On observe différents types de filages :
Le filage direct
Le filage inverse
Le filage inverse en conteneur
CO_SV6_procede_obtention_pièces_brutes.doc
Le filage sur aiguille
J.LETARD
page 14
Sciences de l’ingénieur - PTSI – lycée Joliot curie
SV6 - Conception et élaboration des ensembles mécaniques – obtention pièces brutes
4.5 Tréfilage
Banc de tréfilage.
Fils de section constante.
On tire sur un fil pour l'obliger à traverser une filière de section
plus faible.
Le tréfilage est la réduction de la section d'un fil en métal par
traction mécanique sur une machine à tréfiler.
Les usines spécialisées dans le tréfilage sont appelées des
tréfileries.
L'écrouissage y est important et nécessite un traitement thermique
appelé patentage (type de recuit pour les faibles sections) évitant
au fil d'être trop cassant et améliorant sa plasticité.
5. COMPARATIF PROCEDE
PRODUITS
Pièce brutes
CO_SV6_procede_obtention_pièces_brutes.doc
JUSTIFICATION
J.LETARD
page 15