Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux métalliques M 3 000 − 1 Procédés de mise en forme Introduction par Éric FELDER Maître de recherches, école des mines de Paris Ingénieur civil des Mines de Paris, docteur ès sciences ’objectif premier de la mise en forme des métaux est de conférer à une pièce métallique des dimensions situées dans une fourchette de tolérance don- née. Les principaux procédés de mise en forme des métaux sont apparus pro- gressivement, donnant naissance par la suite à diverses variantes, parfois très nombreuses. Les formes modernes des divers procédés sont le plus souvent apparues récemment pour assurer la production en grande série de pièces à fai- ble coût. On note dans le tableau A quatre stades principaux d’émergence des divers procédés. 1. Principales opérations de mise en forme.......................................... M 3 000 - 2 2. Chaîne des opérations à chaud et à froid ......................................... — 3 3. Importance économique et état technique actuel ......................... — 4 4. Présentation de la rubrique .................................................................. — 5 T ableau A – Évolution et formes diverses des procédés de mise en forme des métaux et alliages métalliques Procédés primitifs Date d’émergence Formes modernes Forgeage libre du produit chaud 5000 avant J.-C. Matriçage, estampage entre matrices sur pilon, presses mécanique, hydraulique Forge à froid des aciers Forge à tiède, forgeage sans bavure Fonderie 5000 avant J.-C. Fonderie sous pression Coulée centrifuge Coulée continue de brames, blooms, billettes Formage des métaux en feuille par martelage, repoussage 5000 avant J.-C. Opérations d’emboutissage Cisaillage, cintrage, profilage Chaudronnerie et travail des tôles fortes Fluotournage, repassage des produits tubulaires Étirage de fils premiers siècles Tréfilage multipasse Étirage de profilés Usinage par burin, bédane, foret, lime, scie premiers siècles Coupe par tournage, fraisage, perçage, brochage, taraudage, sciage Usinage par abrasion : meulage, rectification, polissage, rodage Gravure par eau forte XVe siècle Usinages physico-chimique : par électroérosion, faisceaux laser ou d’électrons, par jet d’eau, oxycoupage, chalumeau plasma, électrochimique, chimique Laminage XVIe siècle Laminages sur train tandem, avec cage universelle, avec laminoir Sendzimir, à pas pélerin, perceur Filage à froid de Pb, métaux mous XIXe siècle Filage à chaud des alliages Al, Cu Filage à chaud au verre des aciers Extrusion (20 °C) des aciers L PROCÉDÉS DE MISE EN FORME ___________________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. M 3 000 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux métalliques I Dès les débuts de l’élaboration des métaux et alliages métalliques à partir de minerais sont pratiqués, semble-t-il, le moulage à partir de l’état liquide, le for- geage libre à chaud de pièces massives brutes de coulée ou réchauffées et le for- mage à froid de feuilles métalliques. Il s’agit en effet d’une extension assez naturelle du processus d’élaboration mettant en jeu des moyens simples : des moules, un outil de frappe et un support. Par la suite, il a fallu attendre 1940 pour que les Allemands inventent la forge à froid (extrusion) des aciers pour fabriquer des pièces d’armement en économisant des éléments d’alliage, et 1970 pour que, dans le cadre des politiques d’économie d’énergie, la coulée continue des demi-produits en acier prenne son véritable essor industriel. I Vers les premiers siècles de l’ère chrétienne, apparaissent les procédés d’éti- rage de ﬁls à travers des plaques percées et d’usinage de pièces à l’aide de burins, forets, limes et scies. Petit à petit, ces procédés mécaniques d’usinage (dits traditionnels) se sont diversiﬁés en tournage, fraisage, perçage, rectiﬁ- cation... procédés pratiqués sur diverses machines-outils spécialisées ; leur mise en œuvre et leurs performances ont considérablement évolué à partir de 1960 avec l’introduction de la commande numérique qui donne naissance, entre autres machines-outils polyvalentes, aux centres d’usinage. Il s’agit des procé- dés de mise en forme des métaux les plus importants d’un point de vue écono- mique. À la Renaissance, apparaissent le laminage, devenu depuis, du fait de sa très haute productivité et de sa grande polyvalence, le procédé de mise en forme sans enlèvement de matière le plus important, et le procédé de gravure par eau forte, devenu à l’ère moderne l’usinage chimique. Ce dernier procédé reste tou- tefois le procédé d’usinage non traditionnel le plus conﬁdentiel, à côté des autres procédés développés à partir de 1945 : électroérosion, usinage électrochi- mique, au jet d’eau avec et sans abrasif, oxycoupage, avec un faisceau de lumière laser ou d’électrons, usinage par ultrasons... Ces procédés ont permis, entre autres applications, de résoudre les problèmes d’usinage des matériaux de faible usinabilité mécanique, comme les outils de mise en forme. I Au siècle dernier, apparaît le ﬁlage à chaud des alliages cuivreux rendu possi- ble par la réalisation de presses hydrauliques de fortes capacités. C’est au Fran- çais Séjournet que revient le mérite de l’invention, vers 1945, de la lubriﬁcation au verre qui rend possible le ﬁlage à chaud des aciers et autres alliages de haute dureté. 1. Principales opérations de mise en forme La ﬁgure 1 qui récapitule les principales classes de procédés utili- sés actuellement montre qu’il existe trois voies principales de mise en forme selon l’état de départ du matériau métallique : — le moulage à partir de l’état liquide, objet de la rubrique Fonde- rie et moulage des volumes Mise en forme des métaux et fonderie ; — le façonnage à partir d’une ou plusieurs pièces à l’état solide. Cette voie peut, elle-même, se scinder en formage, ou mise en forme sans enlèvement de matière, usinage, ou mise en forme avec enlèvement de matière, dont les principaux aspects sont présentés dans le volume Usinage du traité Génie mécanique où l’on solida- rise deux ou plusieurs pièces selon des procédés présentés dans le volume Travail des matériaux. Assemblage du traité Génie mécanique ; — le frittage à partir de poudres par disparition des vides inter- granulaires à haute température et éventuellement sous pression. En raison, entre autre causes, de la classiﬁcation socio-écono- mique des secteurs industriels correspondants, on distingue dans le formage : — le travail des métaux à l’état massif, pratiqué essentiellement dans les industries métallurgiques et objet, avec le frittage, des volumes Mise en forme des métaux et fonderie ; — le travail des métaux en feuilles, pratiqué comme l’usinage dans les industries mécaniques et objet du volume Travail des matériaux. Assemblage. Bien que le volume de pièces concernées soit nettement plus modeste, il ne faut pas oublier diverses autres voies permettant de modiﬁer la forme d’un solide et très utiles dans diverses situations, notamment pour la réalisation ou la réparation d’outillages de mise en forme : — addition d’un matériau métallique solide à une pièce en le transformant temporairement en ions par électrolyse (électrofor- mage), en liquide (rechargement) (cf. articles correspondants au volume Usinage du traité Génie mécanique) ou en gaz (pulvérisa- tion et condensation) (cf. articles de la rubrique Traitements sous vide des volumes Traitements des métaux) ; ___________________________________________________________________________________________________________ PROCÉDÉS DE MISE EN FORME Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux métalliques M 3 000 − 3 — passage temporaire d’un alliage métallique par l’état semi- solide (cf. l’article Mise en forme à l’état semi-solide : rhéoformage et thixoformage de la présente rubrique). 2. Chaîne des opérations à chaud et à froid I La chaîne des opérations de mise en forme d’un produit d’utilisation courante en acier est assez longue et complexe : — élaboration d’un demi-produit par coulée continue à une vitesse assez faible et une section assez grande, conditions impo- sées par la vitesse d’évacuation de la chaleur et la forte productivité nécessaire ; — diminution des dimensions transversales par laminage, pro- cédé continu de forte productivité, à chaud, puis à froid pour les pro- duits les plus minces ; — enfin mise à la forme définitive par des procédés spécialisés : travail des métaux en feuilles pour les produits plats (tôles) ; for- geage à chaud ou à froid, filage à chaud, tréfilage, usinage pour les produits longs (de section compacte) et/ou les pièces unitaires. Une des caractéristiques majeures de cette chaîne d’opérations assez étendue est que la vitesse du métal lors de ses mises en forme successives augmente constamment aﬁn de garantir une bonne productivité ; une brame, ébauche de produit plat, ou un bloom, ébauche de produit long, sont extraits de la lingotière à une vitesse de l’ordre du mètre par minute alors que la tôle ﬁne est laminée à plus de 30 m/s ! Les produits non ferreux suivent des voies similai- res, mais plus spécialisées dès l’origine, avec, par exemple, pour les alliages d’aluminium et de cuivre, une voie proportionnellement plus développée que dans le cas des aciers de mise en forme par ﬁlage à chaud, procédé semi-continu, à partir de produits coulés. I Les procédés de formage et d’usinage mécanique sont basés sur une propriété fondamentale des alliages métalliques solides : la plasticité. La température de formage est un paramètre fondamental, uploads/s3/ procedes-de-mise-en-forme-eric-felder.pdf