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PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES BRUTES 2ère année Ingénieurs en Génie Mécanique

PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES BRUTES 2ère année Ingénieurs en Génie Mécanique Université de Tunis École Nationale Supérieure des Ingénieurs de Tunis (ENSIT) Présenté par: BARGUI HEDI Maître assistant à l`ENSIT MODULE: FORGEAGE Chapitre 3 FORGEAGE Chapitre-3- PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES PAR FORGEAGE-ESTAMPAGE BARGUI HEDI 2 Procédé de mise en forme d’un matériau afin de produire des pièces mécaniques ébauchées ou finies à haute caractéristiques mécaniques. Cette mise en forme s’effectue par déformation plastique à chaud ou à froid. Chapitre-3- PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES PAR FORGEAGE-ESTAMPAGE BARGUI HEDI 3 1- Historique: Le forgeage est un procédé de mise en forme très ancien. En effet il était déjà utilisé pour la fabrication d’objets utilitaires, objet d’art, outils agricoles et armement. 2- Principe: Le forgeage est un procédé d’obtention des pièces par déformation plastique, à partir d`un lopin, sous l`effet de chocs ou de pression. Il est le plus souvent exécuter à chaud et conduit à l’obtention d’ébauche dont la forme est assez proche de la pièce finie. Dans beaucoup de cas d’utilisation, certaines parties des pièces restent brutes de forgeage. 3- Intérêt: • génère un fibrage qui améliore les caractéristiques mécaniques. • permet de réduire les dimensions, le poids, l’inertie pour les mêmes efforts. Chapitre-3- PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES PAR FORGEAGE-ESTAMPAGE BARGUI HEDI 4 Chapitre-3- PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES PAR FORGEAGE-ESTAMPAGE BARGUI HEDI 5 Le forgeage est la déformation du métal à chaud entre deux outils plats par martelage ou par pression à l’aide d’une presse de forge ou d’une machine à forger. Chapitre-3- PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES PAR FORGEAGE-ESTAMPAGE BARGUI HEDI 6 4- Modes de forgeage: – Le forgeage libre (à chaud ou à froid) – Le forgeage machine (Matriçage / Estampage) 4-1-Le forgeage libre Le forgeage libre est la déformation manuelle d'un lopin métallique à l'aide d'un marteau ou d'un pilon et d’une enclume. Le résultat obtenu est dépendant du savoir-faire de l'ouvrier. Cette technique est appliquée lorsqu'il s'agit de produire des pièces unitaires ou en petite série. Ce moyen de production tend à disparaitre du fait de la standardisation et de la production en grande série. Chapitre-3- PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES PAR FORGEAGE-ESTAMPAGE BARGUI HEDI 7 4-1-1- Opérations de forgeage libre : Le forgeage libre met en œuvre une ou plusieurs des opérations suivantes: - Étirage: diminution de la section qui provoque l’augmentation de la longueur. - Étampage: opération destinée à mettre au rond une section à l’aide de deux étampes. Chapitre-3- PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES PAR FORGEAGE-ESTAMPAGE BARGUI HEDI 8 - Refoulement: diminution de la longueur, ce qui provoque l’augmentation de la section, il peut s’effectuer soit par forgeage libre ou en matrice. - Bigornage: augmentation du diamètre d’une ébauche annulaire par étirage de la paroi. Chapitre-3- PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES PAR FORGEAGE-ESTAMPAGE BARGUI HEDI 9 - Dégorgeage: diminution locale de l’épaisseur à l’aide d’un outil (dégorgeoir) en forme de coin. Il s’agit là aussi d’une forme préparatoire à l’étirage. - Poinçonnage: réalisation d’un trou cylindrique ou conique à l’aide d’un poinçon. Chapitre-3- PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES PAR FORGEAGE-ESTAMPAGE BARGUI HEDI 10 Exemples de Gamme de forgeage libre Exemples de Gamme de forgeage libre Production d’un arbre épaulé 1 2 3 Chapitre-3- PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES PAR FORGEAGE-ESTAMPAGE BARGUI HEDI 11 Forgeage d’un Crochet Chapitre-3- PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES PAR FORGEAGE-ESTAMPAGE BARGUI HEDI 12 4-2- Le forgeage machine (Matriçage / Estampage): L’estampage et le matriçage consistent à mettre en forme, après chauffage, par pression ou par chocs un lopin en métal dans un outillage appelé matrices (portant en creux la forme exacte du produit à réaliser) . La précision dimensionnelle est plus grande qu’en forge libre. Matriçage: Forgeage des alliages non ferreux (les alliages d'aluminium, de cuivre, de titane, de nickel, etc.) Estampage: Forgeage des aciers Chapitre-3- PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES PAR FORGEAGE-ESTAMPAGE BARGUI HEDI 13 Chapitre-3- PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES PAR FORGEAGE-ESTAMPAGE BARGUI HEDI 14 Exemple: Estampage / Matriçage Chapitre-3- PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES PAR FORGEAGE-ESTAMPAGE BARGUI HEDI 15 Tableau comparatif des différents procédés de forgeage 5- Avantages: • Les pièces forgées ont une résistance mécanique supérieure à celle des mêmes pièces obtenues par enlèvement de matière du fait du fibrage consécutif au forgeage. • Les pièces obtenue par forgeages sont les pièces utilisées sous fortes sollicitations : clés de serrage, vilebrequins, bielle,… 6- Inconvénients: • Travail du métal souvent à chaud. • Mise en jeu d’une quantité d’énergie importante. • Précision des formes et des dimensions médiocres. Chapitre-3- PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES PAR FORGEAGE-ESTAMPAGE BARGUI HEDI 16 7 - Défauts: • Manque de métal dans certains parties de la pièce. • Usure des outillages dans les zones les plus sollicitées. • Présence de replis, criques. • Mauvaise répartition des fibres. domaine d'application: Ce procédé est utilisés dans une multitude de domaines : - fabrication des pièces pour industrie automobile - rotors de turbines - industrie nucléaire - Presse industrielles -pièces automobiles... -visserie -etc... Chapitre-3- PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES PAR FORGEAGE-ESTAMPAGE BARGUI HEDI 17 8- Bavures: Le lopin (le métal destiné au remplissage des gravures) est débité à partir des barres par cisaillage ou sciage. La détermination du volume du lopin tient compte de: • la variation de section des barres, • les pertes par oxydation dues à la température, à l`atmosphere et au temps de chauffage, • l`usure de la gravure. Vu la difficulté de répartir éxactement le métal lors de l`opération, donc il est nécessaire de laisser un éxcé de volume de métal (bavure) pour assurer l`obtention de la pièce forgée. Cette bavure sera suprimée par une opération d`ébavurage. Chapitre-3- PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES PAR FORGEAGE-ESTAMPAGE BARGUI HEDI 18 10- Matériaux forgeables: Seuls les matériaux qui ont une certaine ductilité a chaud sont forgeables, ce qui n`est pas le cas des fontes. 10-1- Influence de la température: Tout les métaux ne nécessitent pas les mêmes conditions afin d’être forgés, car il y`a une évolution des caractéristiques des matériaux en fonction de la température (T°). L`influence de la température est remarquable sur: • Les efforts sont plus faibles; • Réduction des contraintes et taux de déformation • Modification des caractéristiques dimensionnelles de la pièce: état de surface et qualité médiocres. Chapitre-3- PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES PAR FORGEAGE-ESTAMPAGE BARGUI HEDI 19 Aciers au carbone T en °C Aciers spéciaux Autres T en °C 0.05<%C<0.35 1100 à 1200 35NCD16 Cuivre 750 à 900 0.4<%C<0.55 800 à 1100 45S4 Bronze 700 à 900 0.6<%C<0.7 850 à 1000 AL 300 à 500 0.7<%C<0.9 800 à 950 AG3 350 à 420 Le tableau ci-dessous donne la température de forgeage pour quelques matériaux usuels Chapitre-3- PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES PAR FORGEAGE-ESTAMPAGE BARGUI HEDI 20 10-2- Zone de forgeabilité: Il faut forger les matériaux dans une zone de température où la résistance à la déformation est minimale et les caractéristiques de ductilité sont maximales pour éviter toute rupture de pièce. Il faut également éviter de surchauffer la pièce (provoque le phénomène de brulure). Chapitre-3- PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES PAR FORGEAGE-ESTAMPAGE BARGUI HEDI 21 11- Les machines à forger Il existe deux types de machines de forgeage: Les machines à chocs et Les machines à pression. 11-1- Les machines à chocs: - Les moutons: Chapitre-3- PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES PAR FORGEAGE-ESTAMPAGE BARGUI HEDI 22 -Les marteaux–pilons: Chapitre-3- PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES PAR FORGEAGE-ESTAMPAGE BARGUI HEDI 23 11-1- Les machines à pression: Il existe différents types d’engins à pression dont on cite -Les presses mécaniques: Chapitre-3- PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES PAR FORGEAGE-ESTAMPAGE BARGUI HEDI 24 -Les presses hydrauliques: Opèrent par la descente hydraulique d’un piston dans une chambre. elles sont plus robustes que les presses mécaniques, mais elles sont moins rapides. Chapitre-3- PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES PAR FORGEAGE-ESTAMPAGE BARGUI HEDI 25 On trouve de même: • Les presses à vis • Les laminoirs à couronnes Exemple de presses hydrauliques Chapitre-3- PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES PAR FORGEAGE-ESTAMPAGE BARGUI HEDI 26 12- Outillages: Les outillages sont la structure de la partie principale de la machine Ils sont soumis à des contraintes mécaniques et thermiques séveres (doivent résister au choc et à la chaleur) Ils doivent avoir un coût minimal et une durée de vie élevée Chapitre-3- PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES PAR FORGEAGE-ESTAMPAGE BARGUI HEDI 27 Aciers pour presse Aciers pour marteau pilon Z 38 CDV 5 Z 40 CDV 5-1 30 CDV 12-28 Z 30 WCV 9-3 Z 38 CDV 5-3 55 NCDV 6 55 NCDV 7 Exemples d’aciers employés Chapitre-3- PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES PAR FORGEAGE-ESTAMPAGE BARGUI HEDI 28 13- Conception et réalisation d’une pièce: La conception et la réalisation d’une pièce nécessite le choix: • Plan de joint. • Les dépouilles. • Les surépaisseurs d’usinage. • Les dimensions du lopin 13-1- Choix du plan de joint Le plan de joint est la zone de contact entre les deux matrices, il doit être choisi de façon à: • Permettre l’extraction de la pièce. • Faciliter la fabrication des outils. Le plan de joint doit être: • Perpendiculaire à la direction de l’estampage. • Passe par la plus grande surface. Il peut être • plan ou brisé Chapitre-3- PROCEDES D’OBTENTION DES PIECES PAR FORGEAGE-ESTAMPAGE BARGUI HEDI 29 uploads/s3/ chapitre-3-forgeage.pdf