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Forgeage Le forgeage consiste à appliquer une pression sur une billette métallique afin de provoquer une déformation plastique et d'obtenir ainsi une pièce forgée aux propriétés mécaniques, à la forme et aux dimensions spécifiques. Il s'agit de l'une des deux principales étapes du forgeage (qui inclut également l'emboutissage). Le forgeage permet d'éliminer les défauts liés à la fusion du métal et d'optimiser sa microstructure. De plus, grâce à la préservation de l'intégrité du métal, les propriétés mécaniques des pièces forgées sont généralement supérieures à celles des pièces moulées du même matériau. Dans les machines concernées, pour les pièces importantes soumises à des charges élevées et à des conditions de travail rigoureuses, on utilise majoritairement des pièces forgées, à l'exception des pièces de forme relativement simple pouvant être réalisées par laminage, profilé ou soudage.

1. Température de déformation

La température de début de recristallisation de l'acier est d'environ 727 °C, mais on utilise généralement 800 °C comme seuil. Au-delà de 800 °C, on parle de forgeage à chaud. Entre 300 et 800 °C, on parle de forgeage tiède ou semi-chaud. Le forgeage à température ambiante est appelé forgeage à froid. Dans la plupart des industries, les pièces forgées sont obtenues par forgeage à chaud. Le forgeage tiède et le forgeage à froid sont principalement utilisés pour la fabrication de pièces automobiles, de machines générales et autres. Ces deux procédés permettent de réaliser des économies de matière.

2. Catégorie Forge

Comme indiqué précédemment, selon la température de forgeage, on distingue le forgeage à chaud, le forgeage tiède et le forgeage à froid. Selon le procédé de formage, on distingue le forgeage libre, le forgeage en matrice, le forgeage annulaire par rectification et le forgeage spécial.

1) Forgeage libre

Le forgeage libre désigne la méthode de traitement consistant à utiliser des outils universels simples ou à appliquer directement une force extérieure sur la billette entre les enclumes supérieure et inférieure d'une machine à forger afin de déformer l'ébauche et d'obtenir la géométrie et la qualité interne requises pour les pièces forgées. Les pièces forgées produites par ce procédé sont appelées pièces forgées libres. Le forgeage libre est principalement utilisé pour la production de petites séries de pièces forgées, à l'aide d'un marteau de forgeron, d'une presse hydraulique et d'autres équipements de forgeage pour former et traiter la billette, et obtenir des pièces forgées conformes. Le processus de base du forgeage libre comprend le refoulement, l'allongement, le poinçonnage, le découpage, le pliage, le vrillage, le déformage et le forgeage. Le forgeage libre est entièrement réalisé en mode de forgeage à chaud.

2) Forgeage de moule

Le forgeage en matrice se divise en forgeage à matrice ouverte et forgeage à matrice fermée. Dans la matrice, une billette métallique est comprimée et déformée selon une forme précise afin d'obtenir les pièces forgées. Le forgeage en matrice est généralement utilisé pour la production de pièces légères en grande série. Il existe trois techniques de forgeage en matrice : le forgeage à chaud, le forgeage tiède et le forgeage à froid. Le forgeage tiède et le forgeage à froid représentent l'avenir du forgeage en matrice et témoignent du niveau de maîtrise de cette technologie.

Selon les matériaux utilisés, le forgeage à la presse peut également être divisé en forgeage à la presse de métaux ferreux, forgeage à la presse de métaux non ferreux et formage de produits en poudre. Comme son nom l'indique, les matériaux utilisés sont des métaux ferreux tels que… Acier au carbonel, les métaux non ferreux tels que le cuivre et l'aluminium, et les matériaux de métallurgie des poudres.

L'extrusion doit être attribuée au forgeage à la matrice et peut être divisée en extrusion de métaux lourds et extrusion de métaux légers.

Le forgeage en matrice fermée et le forgeage par frappe fermée font partie des deux procédés avancés de forgeage en matrice. L'absence d'arêtes vives permet un rendement élevé en matière. La finition de pièces forgées complexes peut être réalisée en une ou plusieurs étapes. L'absence d'arêtes vives réduit la zone de contrainte de la pièce forgée et, par conséquent, la charge requise. Il convient toutefois de ne pas contraindre totalement la billette ; son volume doit donc être strictement contrôlé, ainsi que la position relative de la matrice et les dimensions de la pièce forgée, et l'usure de la matrice doit être minimisée.

3) Atteignez l'anneau

Le fraisage annulaire désigne la production de pièces annulaires de différents diamètres grâce à une machine spéciale de fraisage annulaire, également utilisée pour produire des pièces de roues telles que les roues de voiture et les roues de train.

4) Forgeage spécial

Le forgeage spécial comprend le laminage, le laminage transversal en forme de coin, le forgeage radial, le forgeage en matrice liquide et d'autres procédés. Ces méthodes sont particulièrement adaptées à la production de pièces de formes spécifiques. Par exemple, le laminage peut servir de préformage efficace, réduisant considérablement la pression de formage ultérieure ; le laminage transversal en forme de coin permet de fabriquer des billes d'acier et des arbres de transmission ; et le forgeage radial permet de produire des pièces forgées de grande taille, telles que des canons et des arbres étagés.

5) Moule de forgeage

Selon le mode de déplacement de la matrice de forgeage, le forgeage se divise en laminage oscillant, forgeage rotatif oscillant, laminage par rouleaux, laminage transversal en coin, laminage annulaire et laminage incliné. Le laminage par rouleaux, le forgeage rotatif oscillant et le laminage annulaire peuvent également être réalisés par forgeage de précision. Afin d'améliorer le taux d'utilisation des matériaux, le laminage par rouleaux et le laminage transversal peuvent être utilisés comme première étape de traitement des matériaux minces. Le forgeage rotatif, comme le forgeage libre, présente l'avantage de permettre, pour des pièces de taille comparable, un faible effort de forgeage. Les procédés de forgeage, y compris le forgeage libre, qui consistent à travailler les matériaux de la surface du moule vers la surface libre, rendent la précision difficile à garantir. C'est pourquoi le forgeage rotatif, avec contrôle informatique de la direction de déplacement du moule, permet d'utiliser un faible effort de forgeage pour des produits de forme complexe et de haute précision, tels que les aubes de turbines à vapeur de grande taille et en grande série.

Le mouvement du moule de l'équipement de forgeage est incompatible avec le degré de liberté. Selon les caractéristiques de limitation de déformation du point mort, l'équipement de forgeage peut être classé en quatre catégories :

Limitation de la force de forgeage : la pression d'huile actionne directement le coulisseau de la presse à huile.

Mode de quasi-limite de course : la presse à huile entraîne la presse à huile du mécanisme de liaison du vilebrequin.

Limite de course : presse mécanique entraînant le coulisseau par un mécanisme de manivelle, de bielle et de coin.

Mode de restriction d'énergie : utilisation du mécanisme à vis de la presse à spirale et à friction.

Pour obtenir une précision élevée, il convient d'éviter toute surcharge au point mort bas et de contrôler la vitesse et la position de la matrice. Ces paramètres influent en effet sur la tolérance de forgeage, la précision de forme et la durée de vie de la matrice. De plus, afin de maintenir la précision, il est également important d'ajuster le jeu du rail de guidage du coulisseau, d'assurer sa rigidité, de régler le point mort et d'utiliser un dispositif de transmission auxiliaire, entre autres mesures.

Il existe également des mouvements verticaux et horizontaux des glissières (pour le forgeage de pièces minces, le refroidissement par lubrification et la production à grande vitesse de pièces forgées). L'utilisation d'un dispositif de compensation permet d'amplifier les mouvements dans d'autres directions. Les méthodes décrites ci-dessus diffèrent, de même que la force de forgeage requise, le procédé, l'utilisation des matériaux, le rendement, les tolérances dimensionnelles et les méthodes de refroidissement par lubrification. Ces facteurs influent également sur le niveau d'automatisation.

3. Matériaux de forge

Les matériaux de forgeage sont principalement l'acier au carbone et les aciers alliés de différentes compositions, suivis de l'aluminium, du magnésium, du cuivre, du titane et de leurs alliages. Ces matériaux se présentent sous forme de barres, de lingots, de poudres métalliques ou de métal liquide. Le rapport entre la section transversale du métal avant déformation et sa section transversale après déformation est appelé taux de forgeage. Un choix judicieux du taux de forgeage, une température et une durée de chauffage appropriées, des températures de début et de fin de forgeage adaptées, ainsi qu'une déformation et une vitesse de déformation appropriées sont autant d'éléments qui contribuent à améliorer la qualité du produit et à réduire les coûts.

Généralement, les pièces forgées de petite et moyenne taille sont des barres rondes ou carrées. La structure du grain et les propriétés mécaniques du matériau sont uniformes, la forme et les dimensions sont précises, la qualité de surface est bonne, ce qui facilite la production en série. Un contrôle adéquat de la température de chauffage et des conditions de formage permet d'obtenir des pièces forgées aux performances optimales, sans déformation importante.

Le lingot est réservé aux pièces forgées de grande taille. Il s'agit d'un métal coulé présentant de grands cristaux colonnaires et un cœur friable. Il est donc nécessaire de briser les cristaux cylindriques en grains fins et d'obtenir un compactage lâche afin d'obtenir une structure métallique fine et des propriétés mécaniques optimales.

Le lingot préfabriqué par métallurgie des poudres, pressé et cuit, peut être forgé à chaud sans matrice. La poudre de forgeage présente une densité proche de celle des pièces forgées en matrice classique, avec de bonnes propriétés mécaniques et une grande précision, ce qui permet de réduire l'usinage ultérieur. Les pièces forgées à partir de poudre sont homogènes, sans ségrégation, et peuvent être utilisées pour fabriquer des pièces telles que de petits engrenages. Cependant, le prix de la poudre est nettement supérieur à celui des barres classiques, ce qui limite son application en production.

La pression statique est appliquée au métal liquide coulé dans la chambre du moule pour assurer sa solidification, sa cristallisation, son écoulement, sa déformation plastique et sa mise en forme sous pression, permettant ainsi d'obtenir la forme et les performances souhaitées. Le forgeage sous pression de métal liquide est une méthode de mise en forme intermédiaire entre le moulage sous pression et le forgeage sous pression. Il est particulièrement adapté aux pièces complexes à parois minces, difficiles à réaliser par forgeage sous pression classique.

Outre les matériaux habituels, tels que divers composants de l'acier au carbone et de l'acier allié, on peut forger des matériaux comme l'aluminium, le magnésium, le cuivre, le titane et ses alliages, les alliages haute température à base de fer, les alliages haute température à base de nickel et les alliages haute température à base de cobalt, par forgeage ou laminage. Cependant, en raison de leur domaine plastique relativement étroit, ces alliages sont relativement difficiles à forger et leurs températures de chauffage, de forgeage et de forgeage final sont soumises à des exigences strictes.

4. Flux de processus

Les différentes méthodes de forgeage comportent des procédés différents. Parmi celles-ci, le forgeage à chaud est le plus long. Son processus général est le suivant : alimentation en billettes de forgeage ; chauffage des billettes ; préparation pour le forgeage par rouleaux ; forgeage ; usinage des arêtes de coupe ; poinçonnage ; rectification ; contrôle intermédiaire (dimensions et défauts de surface) ; traitement thermique pour éliminer les contraintes de forgeage et améliorer l’aptitude à la coupe ; nettoyage (élimination de la couche d’oxydation superficielle) ; rectification ; contrôle final. Les pièces courantes sont soumises à un contrôle d’aspect et de dureté, tandis que les pièces importantes font l’objet d’une analyse de composition chimique, de propriétés mécaniques, de contraintes résiduelles et d’un contrôle non destructif.

5. Caractéristiques des pièces forgées

Comparativement aux pièces moulées, le métal permet d'améliorer leur structure et leurs propriétés mécaniques. Après forgeage, le traitement thermique induit une déformation du métal et une recristallisation, transformant les grains épais et colonnaires d'origine en grains fins et uniformes grâce à une organisation axiale recristallisée. Les zones initialement ségrégées, friables, poreuses et les scories sont compactées et soudées, ce qui améliore la structure et les propriétés mécaniques du métal.
Les propriétés mécaniques des pièces moulées sont inférieures à celles des pièces forgées du même matériau. De plus, le forgeage garantit la continuité de l'organisation des fibres métalliques, assurant ainsi une structure fibreuse et une forme optimales, ainsi qu'une excellente structuration du métal. Ceci permet aux pièces de présenter de bonnes propriétés mécaniques et une longue durée de vie. Les pièces forgées par forgeage de précision, extrusion à froid, extrusion à chaud et autres procédés sont incomparables aux pièces moulées.
Le forgeage est la fabrication d'un objet en métal soumis à une pression afin de lui donner une forme précise ou d'obtenir une force de compression adéquate. Cette force est généralement appliquée à l'aide d'un marteau ou d'une presse. Le forgeage permet d'obtenir une structure granulaire fine et d'améliorer les propriétés physiques du métal. Lors de l'utilisation des pièces, une conception appropriée assure l'orientation des particules dans le sens de la pression principale. La fonderie est une technique de mise en forme des métaux obtenue par diverses méthodes : fusion du métal liquide, coulée, pressage, aspiration ou autres procédés de moulage dans un moule préparé, refroidissement après sablage, nettoyage et post-traitement. On obtient ainsi un objet présentant une forme, des dimensions et des performances spécifiques.