Forgeage

Forgeage

Le forgeage est un procédé de fabrication qui consiste à déformer plastiquement un métal à l'état solide sous l'effet de forces de compression afin d'obtenir des pièces aux formes, dimensions et propriétés mécaniques spécifiques. Le forgeage est généralement réalisé à l'aide de marteaux (souvent des marteaux-pilons) ou de matrices.

Principaux types de forgeage

1. Forgeage à chaud

Plage de températures :Pour l'acier, généralement 950–1260 °C (varie selon les métaux et les alliages).

Caractéristiques principales :

• Excellente plasticité et bonne formabilité ; force de formage relativement faible requise.
• L'écrouissage est compensé par la recristallisation, ce qui entraîne une faible contrainte interne.
• Une couche d'oxyde peut se former, réduisant la finition de surface et la précision dimensionnelle.
• Adapté à la production de masse où une haute précision n'est pas requise.

2. Forgeage à chaud

Plage de températures :En dessous de la température de recristallisation, mais au-dessus de la plage de forgeage à froid. Pour l'acier, généralement entre 650 et 950 °C.

Caractéristiques principales :

• Très peu ou pas de calamine, contrairement au forgeage à chaud ; meilleure finition de surface.
• La précision dimensionnelle se situe entre le forgeage à chaud et le forgeage à froid ; la force de formage est inférieure à celle du forgeage à froid.
• Formabilité légèrement réduite par rapport au forgeage à chaud ; un contrôle précis de la température est nécessaire pour éviter les fissures.

3. Forgeage à froid

Plage de températures :Pour l'acier, le forgeage se fait généralement de la température ambiante jusqu'à environ 150 °C. L'aluminium et le cuivre sont généralement forgés à froid à température ambiante, tandis que le forgeage à chaud se fait entre 200 et 400 °C afin d'améliorer la ductilité et de réduire les contraintes de formage.

Caractéristiques principales :

• Absence d'oxydation ; excellent état de surface et grande précision dimensionnelle.
• Un écrouissage important augmente la limite d'élasticité et la résistance à la fatigue.
• Nécessite des forces de formage élevées et un équipement robuste ; limité aux métaux ductiles tels que l'aluminium, le cuivre et l'acier à faible teneur en carbone.

4. Forgeage à matrice ouverte (forgeage libre)

Le forgeage à matrice ouverte désigne un procédé dans lequel des lingots de métal chauffés sont soumis à un impact ou à une pression entre des outils simples et polyvalents ou entre les enclumes supérieure et inférieure d'une machine à forger. Le matériau est comprimé verticalement et peut se dilater et s'étaler librement latéralement, produisant ainsi des pièces forgées présentant la géométrie et la qualité interne requises.

Le forgeage à matrice ouverte est généralement réalisé à chaud et convient aux petites séries, aux formes simples ou aux pièces forgées de grande taille. L'équipement courant comprend des marteaux de forgeage et des presses hydrauliques.

Les opérations de base comprennent le refoulement, l'étirage, le poinçonnage, le découpage, le pliage, le vrillage, le décalage et le soudage par forgeage. On distingue le forgeage manuel et le forgeage mécanique.

5. La forge

Le forgeage en matrice peut être classé en forgeage à matrice ouverte et forgeage à matrice fermée. Ce procédé consiste à déformer plastiquement des lingots de métal sous pression à l'intérieur de matrices de formes spécifiques afin de former des pièces forgées. Le forgeage en matrice englobe également des procédés tels que le frappe à froid, le laminage, le forgeage radial et l'extrusion. Il est généralement utilisé pour la production en grande série de pièces relativement légères.

Forgeage à matrice ouverte

Principe du processus :Utilise des matrices qui enferment partiellement la pièce. Le métal chauffé est formé par martelage ou pressage répété tout en s'écoulant librement vers l'extérieur, ce qui nécessite un repositionnement manuel.

Avantages :

• Structure de matrice simple et faible coût d'outillage.
• Capable de produire des pièces forgées de grande taille ou de forme irrégulière.
• Permet un flux de grains contrôlé, améliorant ainsi la résistance.
• Convient aux petites séries ou à la production sur mesure.

Inconvénients :

• Dépend fortement des compétences de l'opérateur.
• Mauvaise homogénéité dimensionnelle et tolérances d'usinage importantes.
• Faible utilisation des matériaux.

Forgeage à matrice fermée

Principe du processus :Les matrices supérieure et inférieure forment des cavités épousant la géométrie de la pièce. La billette préchauffée remplit la cavité sous pression ; l’excédent de matière s’écoule sous forme de bavures et est ensuite ébarbé. En forgeage sans bavures, la cavité est entièrement fermée afin d’éliminer toute bavure.

Avantages :

• Haute précision dimensionnelle et bonne répétabilité.
• Adapté à la production de masse.
• Le flux de grains suit la géométrie de la pièce, améliorant ainsi ses propriétés mécaniques.

Inconvénients :

• Conception complexe des matrices et coût d'outillage élevé.
• Le forgeage sans bavure exige un contrôle strict de la taille des lingots et de la lubrification.
• Investissement initial élevé.

Avantages du forgeage

Propriétés mécaniques améliorées :
Le forgeage améliore la résistance, la dureté, la ténacité et la résistance à l'usure grâce aux changements de microstructure et de texture qui se produisent lors de la déformation.

Réduction du stress interne :
La déformation plastique lors du forgeage contribue à soulager les contraintes internes, réduisant ainsi le risque de fissuration ou de déformation en service.

Temps de traitement réduit :
Comparé au moulage, au laminage et à d'autres procédés de travail des métaux, le forgeage nécessite souvent moins d'étapes de traitement et moins d'équipement, ce qui entraîne des coûts de production inférieurs.

Durée de vie des matrices améliorée :
La déformation uniforme du métal entraîne une usure relativement moindre de la matrice, contribuant ainsi à prolonger sa durée de vie.

Plus grande flexibilité de conception :
Comme les formes complexes peuvent être réalisées directement par forgeage, les concepteurs ont une plus grande liberté pour répondre à des exigences fonctionnelles spécifiques.