Comprendre les différentes méthodes de forgeage des métaux
Forgeage par outillage : une rangée de matrices/outils qui seront utilisés pour Forgé Dans l'industrie du forgeage, les termes « matrice » et « outillage » sont souvent utilisés indifféremment. Ils désignent le dispositif servant à façonner une billette, un lingot, une préforme ou une barre (généralement préchauffée). On distingue trois principales méthodes de forgeage selon l'outillage utilisé : le forgeage par empreinte, le forgeage à matrice ouverte et le forgeage par laminage.
Forgeage par impression
Dans le forgeage par impression, le métal est comprimé entre deux matrices sur mesure qui comportent chacune des profils/cavités (ou impressions) prédécoupés de la forme finale de la pièce.
Ensuite, à l'aide de différents équipements, comme une presse mécanique ou un marteau-pilon, la billette ou la préforme est comprimée et déformée plastiquement. Lors de chaque empreinte, la pièce est forcée dans la cavité tandis que les bavures (excédent de métal) s'écoulent dans la matrice. En refroidissant, les bavures créent une pression dans l'empreinte, ce qui contribue à obtenir une pièce plus uniforme. Enfin, les bavures sont éliminées manuellement ou à l'aide d'outils d'ébavurage.
Le forgeage par impression est principalement utilisé pour la fabrication de pièces forgées complexes, symétriques et asymétriques. Cette méthode permet également d'obtenir des tolérances plus serrées que le forgeage à matrice ouverte.
Forgeage à matrice ouverte
Dans le forgeage à matrice ouverte, une pièce (lingot, barre, billette ou ébauche) est déformée entre une matrice supérieure et une matrice inférieure à faces planes, et c'est en grande partie le mouvement de la pièce elle-même qui contribue à façonner la pièce finale.
En plus des matrices à face plate et des marteaux (ou presses), il existe d'autres outils qui peuvent être utilisés dans le forgeage à matrice ouverte, notamment les selles, les blocs, les anneaux, les mandrins et les poinçons.
Les composants fabriqués par forgeage à matrice ouverte sont généralement de forme simple (longs et rectangulaires, plats et ronds, etc.) et peuvent être usinés ultérieurement après le processus de forgeage.
Le forgeage à matrice ouverte est utilisé pour produire des composants de toutes tailles, mais, en matière de complexité, le forgeage par impression est généralement la méthode préférée au forgeage à matrice ouverte.
Forgeage d'anneaux laminés
La dernière méthode d'outillage est le forgeage par laminage. Contrairement à l'emboutissage et à la matrice ouverte, le forgeage par laminage ne nécessite pas de matrice et permet de réaliser des formes très spécifiques : des anneaux.
Ce procédé de forgeage permet de fabriquer des anneaux sans soudure de tous types et de toutes dimensions. Le laminage à chaud est privilégié par rapport à l'usinage, au découpage et au moulage car il permet de produire des composants aux tolérances serrées. De plus, contrairement au moulage, le forgeage élimine la porosité interne, ce qui réduit le fluage, la fatigue et d'autres problèmes.
En forgeage par laminage, la matière première est généralement préformée. La technique de préformage utilisée est le poinçonnage. Comme son nom l'indique, un trou est poinçonné dans la matière première, lui donnant une forme annulaire. La préforme est ensuite laminée jusqu'à l'obtention de la pièce finale.
Tous les types de composants peuvent être fabriqués par forgeage par laminage, notamment les coussinets de moteur, les roulements de roue, les brides et les engrenages.
Procédés de forgeage en fonction de la température
Les procédés de forgeage des métaux peuvent également être classés selon la température de la pièce. Les différentes températures influent sur la plasticité du métal, la qualité finale de la pièce et déterminent nombre de ses propriétés mécaniques finales, notamment sa résistance, sa ductilité et sa résistance aux chocs et à la fatigue.
Lorsqu'on catégorise le forgeage selon la température, on distingue trois méthodes principales : à chaud, à tiède et à froid.
Forgeage à chaud
Dans forgeage à chaudEn général, les matrices/outillages sont préchauffés à une température spécifique, puis la pièce elle-même est chauffée à une température prédéterminée. La température utilisée en forgeage à chaud varie en fonction de la matière première, du composant à produire et des exigences spécifiques de l'application.
Lors du forgeage à chaud, la chaleur rend le métal plus ductile, et la pression constante des matrices comprimant le métal chaud produit une structure granulaire plus fine et donc des composants plus résistants et plus ductiles.
Forgeage à chaud
En forgeage à chaud, une pièce est chauffée dans une plage spécifique : au-dessus de la température d’écrouissage, mais en dessous de la température de calamine.
Le forgeage à chaud englobe une gamme de produits forgés qui ne nécessitent ni les coûts et les tolérances strictes du forgeage à froid, ni la résistance mécanique supérieure du forgeage à chaud. Il est généralement utilisé pour des pièces déjà proches de leur forme finale, comme les arbres et les engrenages.
Forgeage à froid
Comme son nom l'indique, le procédé de forgeage à froid est réalisé à des températures plus basses (entre la température ambiante et quelques centaines de degrés seulement).
Le forgeage à froid fait également appel à d'autres procédés tels que le pliage, le frappage, le laminage et l'extrusion, selon le type de pièce à produire. Le métal utilisé est généralement recuit ou adouci pendant le forgeage, et une lubrification continue est nécessaire pour éviter la surchauffe due au frottement.
Bien que le forgeage à froid soit extrêmement précis et ne nécessite souvent que peu ou pas de finition, le forgeage à chaud reste la méthode privilégiée pour les pièces forgées complexes et sur mesure. De plus, les composants forgés à froid sont plus susceptibles de présenter des contraintes résiduelles, pouvant entraîner à terme des fissures, des déformations et d'autres problèmes.