premiere approche de la technique de mise en forme des materiaux par forgeage initiation à partir...
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PREMIERE APPROCHE DE LA TECHNIQUE
DE MISE EN FORME DES MATERIAUXPAR FORGEAGE
Initiation à partir d’un exemple
PREAMBULE
Forge par estampage
Ce procédé de forgeage à chaud utilise des outillages spécifiques pour fabriquer des pièces, ce qui sous entend que l’on y a recours dés qu’il y a une certaine quantité de pièces à faire : les petites séries, à partir d’une vingtaine de pièces environ, les moyennes séries d’environ 500 à 1000 pièces et les grandes séries au-delà. La forge par estampage met en forme uniquement des métaux ferreux, à hautes températures avec des pilons ou des presses.
PREAMBULE
Forme Masse Température
Nuance Série
Toutes De quelques grammes à plusieurs centaines de kilogrammes
Élevée, mais toujours inférieure au solidus
Métaux ferreux
à partir de quelques centaines de pièces selon la forme
Forge par estampage
PLAN DE LA PIECE USINEE
Matière : 30Mn5
ADAPTATION A L’ESTAMPAGE
Plan de joint
Surépaisseurs d’usinage
Dépouilles
Arrondis d’arêtes
Congés de raccordement
Cordon de bavure
PLAN DE LA PIECE ESTAMPEE
Plan de joint :
Plan, passant par la plus grande section
Surépaisseurs :
De 1 à 1,5 mmDépouilles1°
Arrondis d’arêtes1 mm
Congés de raccordement
5 mm
Cordon de bavureEp : 1,5 mm ; larg. = 6 mm
GAMME DE FABRICATION
Obligatoire Défaut systématique
De l’utilité ou non d’une opération intermédiaire
GAMME DE FABRICATION
Obligatoire Défaut systématique
De l’utilité ou non d’une opération intermédiaire
Finition directe
GAMME DE FABRICATION
Obligatoire
De l’utilité ou non d’une opération intermédiaire
Ebauche intermédiaire
GAMME DE FABRICATION
Obligatoire
De l’utilité ou non d’une opération intermédiaire
Finition après ébauche
GAMME DE FABRICATION
Obligatoire Défaut systématique Capacité machine
Facultatif Pas de défaut
Facultatif mais utile Meilleur positionnement Amélioration de la qualité de surface Augmentation de la durée de vie des outillages
De l’utilité ou non d’une opération intermédiaire
GAMME DE FABRICATION
Le lopin est correctement centré dans la gravure de finition
La longueur du lopin est inférieure à 2,5 D
Positionnement du lopin sans opération intermédiaire
GAMME DE FABRICATION
Le lopin est correctement centré dans l’opération d’écrasement
Tracé d’une opération intermédiaire (écrasement)
GAMME DE FABRICATION
L’opération d’écrasement est elle-même correctement centrée dans l’opération de finition
Tracé d’une opération intermédiaire (écrasement)
POSTE DE TRAVAIL
Cisaille à lopins
Chauffeuse par induction
Convoyeur
Robot
Presse
d’estampage
ConvoyeurPresse
d’ebavurage
Ref. contrôlé
DEBIT
La machine
Lopins cisaillés
DEBIT
Principe du cisaillage
1 : Barre 2 : Lopin 3 : Lame fixe 4 : Lame mobile 5 : Serre barre 6 : Support lopin
CHAUFFAGE PAR INDUCTION
La machine
CHAUFFAGE PAR INDUCTION
Principe du chauffage par
induction
Application de la loi de l’induction et de l’effet Joule
Création d’un champ magnétique par un enroulement bobiné
L’extérieur du lopin est le siège de courants induits
Ces courants induits se transforment en chaleur
La chaleur est transmise au cœur du lopin par conduction
CHAUFFAGE PAR INDUCTION
Diagramme Fer - carbone
2C35 : 1200 – 900°C
40CrMoV12 : 1150 – 1000°C
CHAUFFAGE PAR INDUCTION
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 10 20 30 40 50
Temps (s)
tem
pé
ratu
re (
°C
)
Echauffement d’un lopin
peau
coeur
vitesse1
vitesse2
- La peau s’échauffe plus vite que le coeur
- La vitesse de chauffage est plus lente après la perte du magnétisme (Point de Curie)- La température est uniforme en fin de chauffage
- La durée de chauffage est faible
PRESSE D’ESTAMPAGE
La machine Principe de fonctionnement
PRESSE D’ESTAMPAGE
1
2 24
33
4
567
8 8
9
9
1- bâti2- coulisseau3- excentrique
4- bielle
5- volant d’inertie
6- embrayage
7- frein
8- éjecteurs
9- réglage de la longueur bielle
OUTILLAGE D’ESTAMPAGE
Vue d’ensemble de l’outillage
OUTILLAGE D’ESTAMPAGE
Vue de l’outillage de finition
1
2
3
4
1- Porte insert
2- Insert
3- Clavette
4- Ejecteur
OUTILLAGE D’ESTAMAPGE
Matériau d’outillage : X38CrMoV5-3
Analyse théorique
C Cr Mo V
0,38 5 3 0,6
Traitement thermique
Trempe à Milieu de trempe
Dureté HRC
Résistance (MPa)
1030-1080°C
Air, huile, bain chaud
57 2050
Revenu °C 400 450 500 550 600 650 700
HRC 52 53 55 55 52 45 36
MPa 1850 1900
2000
2000 1850 1500 1200
OUTILLAGE D’ESTAMPAGE
Matériau d’outillage : X38CrMoV5-3
Ausénite + carbures Perlite
Bainite
Martensite
OUTILLAGE D’ESTAMPAGE
Traitement superficiel de nitruration
0
200
400
600
800
1000
1200
0 0,1 0,2 0,3 0,4
distance (mm)
Dur
eté
(HV
0.2)
MISE EN FORME PAR ESTAMPAGE
Modélisation du comportement du matériau forgé
800°C
1000°C
1200°C
La contrainte d’écoulement diminue lorsque la température augmente
MISE EN FORME PAR ESTAMPAGE
Modélisation du comportement du matériau forgé
La contrainte d’écoulement augmente lorsque la vitesse de déformation augmente
10mm/s/mm
1mm/s/mm
0,1mm/s/mm
MISE EN FORME PAR ESTAMPAGERésultats de la simulation numérique
Opération préliminaire
1 2
3 4
MISE EN FORME PAR ESTAMPAGERésultats de la simulation numérique
Opération préliminaire
MISE EN FORME PAR ESTAMPAGERésultats de la simulation numérique
Opération préliminaire : Courbe d’effort
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
14,0 19,0 24,0 29,0 34,0 39,0 44,0
hauteur (mm)
forc
e (T
)
1
2
3
4
MISE EN FORME PAR ESTAMPAGERésultats de la simulation numérique
Finition
1 2
3 4
MISE EN FORME PAR ESTAMPAGERésultats de la simulation numérique
Finition
MISE EN FORME PAR ESTAMPAGE
0
50
100
150
200
250
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0
hauteur (mm)
effo
rt (
T)
Résultats de la simulation numériqueFinition: Courbe d’effort
12
3
4
EBAVURAGE - DEBOUCHAGE
Vue d’ensemble de l’outillage
EBAVURAGE - DEBOUCHAGE
Vue des outils spécifiques
1
5
3
2
4
1- Support de pièce2- Poinçon
3- Découpe
4- Extracteur de pièce
5- Extracteur de bavure
EBAVURAGE - DEBOUCHAGE
Principe
1 2
EBAVURAGE - DEBOUCHAGE
Principe
3 4
EBAVURAGE - DEBOUCHAGE
Principe
5 6
ASPECTS METALLURGIQUES DU FORGEAGE
Evolution historique
Pratique classique :dissociation dans l’espace et dans le temps des deux fonctions
Forgeage Traitements classiques dans la masse
Tendance actuelle :association forgeage - traitements thermiques
Forgeage Traitements thermiques directs sur chaleur résiduelled’estampage
Evolution à moyen terme :fusion forgeage - traitements thermomécaniques
ForgeageTraitements thermomécaniques
ASPECTS METALLURGIQUES DU FORGEAGEEvolution de la taille de grain au cours du forgeage
0,2 mm
ASPECTS METALLURGIQUES DU FORGEAGERefroidissement contrôlé après estampage
Obtention d’une structure bainitique sur un acier 35MnV7
ASPECTS METALLURGIQUES DU FORGEAGE
Différents aciers et traitements possibles