Les différents procédés de forgeage utilisés pour produire des formes proches des dimensions finales

À son niveau le plus élémentaire, le forgeage est le procédé de formage et de mise en forme de métaux par le recours au martelage, au pressage ou au roulage. Le procédé débute par un lingot moulé qui est chauffé à sa température de déformation plastique, puis forgé entre des possédant la forme et à la taille souhaitées.

Pendant ce procédé de forgeage à chaud, la structure à gros grain est divisée et remplacée par des grains plus fins obtenus grâce à la réduction de la taille du lingot. Ceci produit une région centrale saine pour le produit forgé et procure une excellente intégrité structurelle globale. Les propriétés mécaniques sont ainsi améliorées grâce à l’élimination de la structure moulée, ce qui offre une densité accrue et une meilleure homogénéité. Le forgeage fournit également un moyen d’aligner le grain de coulée afin d’obtenir les meilleures forces directionnelles souhaitées.

Les deux principaux procédés de forgeage libre sont le forgeage à la presse et le forgeage au marteau. Tous deux impliquent la mise en forme de pièces de métal chauffées entre une matrice supérieure fixée à un bélier et une matrice inférieure fixée à l’enclume d’un marteau ou au lit d’une presse. Certaines différences clés entre les procédés sont examinés ci-après :

1. Taille : le forgeage au marteau est limité par la taille. Des poids de 500 à 650 kg sont généralement considérés comme étant la limite maximale pour ce procédé. Au-dessus de cette dimension, les avantages d’un forgeage à la presse sont prépondérants en raison de la quantité quasiment illimitée de puissance pouvant être produite par un circuit hydraulique.

2. Propriétés des matériaux : le forgeage au marteau consiste à frapper le matériau à des vitesses élevées, ce qui produit des structures de grains plus fins et de meilleures propriétés mécaniques que celles obtenues avec un procédé de forgeage à la presse plus lent. Toutefois, l’augmentation de la déformation et le contrôle obtenus par un forgeage à la presse permettront un meilleur travail global du matériau et une plus grande cohérence des propriétés.

3. Tolérances : le forgeage au marteau permet d’usiner au plus près d’une forme nette avec une marge de forgeage réduite. Par conséquent, pour des alliages à coût élevé ou d’usinage difficile, le procédé de forgeage au marteau peut présenter des avantages significatifs.

Selon le type et la taille de l’alliage, des barres seront produites par forgeage à partir de lingots coulés individuellement (avec une extrusion supplémentaire ou un éventuel laminage à chaud si nécessaire). L’acier en barre est une forme pratique pour conserver le produit tout en permettant une disponibilité immédiate de nombreuses nuances dans une large gamme de diamètres, sans délai prohibitif. Il est parfaitement adapté aux applications nécessitant un usinage ultérieur, car ceci procure également une certaine flexibilité par rapport au diamètre et à la longueur exacts de barre nécessaires. Toutefois, pour certains composants, le forgeage est un procédé intéressant pour obtenir des propriétés de pièce améliorées, plus proches de la forme finale.

Forgeage de formes proches des dimensions finales

Le forgeage de formes proches des dimensions finales permet non seulement des économies dans la consommation du matériau, mais peut également améliorer considérablement l’intégrité structurelle au moyen du contrôle du grain de coulée du produit.

1. Forgeage brut d’une billette chauffée entre des matrices plates à la dimension de diamètre maximale.

2. Un « couteau » marque les points de départ.

3. Étirage du premier cran (section de diamètre) à la dimension.

4. le second cran (section de diamètre) est étiré à la dimension

5. Emboutissage du forgeage brut en vue d’un fini de surface plus lisse, pour conserver une marge minimale

Le forgeage produit des produits prévisibles et uniformes avec :

– Une taille de grain affinée et des caractéristiques de coulée via une déformation mécanique à chaud

– Des qualités métallurgiques et mécaniques supérieures et une résistance directionnelle accrue

– Un plus haut degré d’intégrité structurelle

Forgeage mis en forme : l’alignement directionnel de la microstructure a été atteint grâce à une orientation délibérée du procédé de forgeage dans le sens nécessitant une résistance maximale. Ceci permet également une meilleure ductilité et une plus grande résistance aux chocs et à la fatigue par rapport à une barre forgée qui est ensuite usinée.

Forgeage libre

1. L’acier de départ coupé à la taille x poids est d’abord arrondi, puis refoulé pour atteindre l’intégrité structurelle et le grain de coulée directionnel.

2. La pièce de travail est poinçonnée, puis percée pour atteindre la forme de « beignet » de départ requise pour le procédé de laminage à anneaux.

3. La préforme terminée est prête pour la production d’anneaux.

4. Une « goupille » ou un mandrin est placé dans la préforme afin de libérer l’anneau. Ce procédé est parfois appelé « Becking out ».

5. L’épaisseur des anneaux est contrôlée par forgeage sous une matrice plate et un lit de façon intermittente avec le procédé Becking.

Laminage d’anneaux

Ce procédé est souvent utilisé dans la production d’anneaux forgés sans soudure. Des anneaux sans soudure peuvent être produits dans des configurations allant de formes plates, de type rondelle, à de longues pièces cylindriques. La forme la plus simple et la plus couramment utilisée est un anneau à section rectangulaire, mais un outil de façonnage peut être utilisé pour produire des anneaux laminés sans soudure, avec des formes complexes, personnalisées présentant des diamètres internes et/ou externes profilés.

1. Le procédé débute par une préforme circulaire de métal qui a été préalablement forgé et refoulé pour obtenir l’intégrité structurelle et le grain de coulée directionnel, puis percé pour former un anneau creux. La préforme est ensuite placée par-dessus le rouleau-mandrin.

2. La procédé de laminage d’anneaux débute par l’application d’une pression par le rouleau de renvoi sur la préforme contre le rouleau d’entraînement.

3. Ce rouleau de renvoi se déplace ensuite sous pression vers un rouleau d’entraînement qui tourne en permanence afin de réduire l’épaisseur de la paroi tout en augmentant ainsi les diamètres (DI et DE) de l’anneau obtenu. Les rouleaux axiaux contrôlent la hauteur de l’anneau pendant le laminage. Le procédé se poursuit jusqu’à ce que la taille souhaitée soit obtenue.

4. Le procédé se poursuit jusqu’à ce que la taille souhaitée soit obtenue.

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