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Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux métalliques M 3 100 − 1 Calibrage à froid des barres d’acier par Jean-Pierre POTTELETTE Ingénieur de l’École centrale de Lille (IDN) Licencié ès sciences Ancien directeur de la Qualité de la Société métallurgique de Revigny (SMR) es produits laminés n’offrant pas toujours une précision dimensionnelle suf- ﬁsante ou l’aspect approprié à leur usage, le calibrage à froid a pour vocation de fournir des barres offrant en commun les propriétés suivantes : — un aspect blanc dépourvu de calamine, d’où leurs désignations « bright steel products » en anglais et « blankstahl » en allemand ; — des tolérances dimensionnelles réduites ; — une rectitude apte à l’emploi sur des machines automatiques ou au mon- tage dans des ensembles mécaniques précis. Procédés de transformation Deux principes dominent : — l’étirage, qui procède par déformation à froid et permet d’obtenir des profils de toute forme ; — l’écroûtage, qui ne s’applique qu’aux ronds et qui consiste en un enlève- ment de métal par usinage (tournage). Les tolérances des ronds étirés ou écroûtés peuvent à leur tour être resserrées par rectiﬁcation. Ce procédé consiste en une abrasion de la périphérie au moyen de meules. La rectiﬁcation peut aussi être effectuée directement sur des ronds laminés de petite section en lieu et place de l’écroûtage. Le terme usité alors est meulage. Destination des barres calibrées Les quelque 500 000 tonnes consommées annuellement sur le marché fran- çais, dont une moitié est produite sur le territoire, trouvent des applications innombrables dans de nombreux secteurs de l’industrie de la mécanique et, en particulier, dans le décolletage. Un tiers de la production des calibrés à froid concerne les aciers de décolletage dont la principale caractéristique, au plan de la composition chimique, est une 1. Étirage.......................................................................................................... M 3 100 - 2 1.1 Principe.......................................................................................................... — 2 1.2 Pratique de l’étirage ..................................................................................... — 2 1.3 Caractéristiques mécaniques des produits étirés...................................... — 7 1.4 Dimensions et tolérances ............................................................................ — 8 1.5 Contrôle des produits étirés ........................................................................ — 10 1.6 Effort d’étirage.............................................................................................. — 10 2. Écroûtage.................................................................................................... — 10 2.1 Principe.......................................................................................................... — 10 2.2 Pratique de l’écroûtage................................................................................ — 11 2.3 Tour à écroûter.............................................................................................. — 11 2.4 Dimensions et tolérances ............................................................................ — 11 2.5 Parachèvement............................................................................................. — 11 Pour en savoir plus ........................................................................................... Doc. M 3 100 L CALIBRAGE À FROID DES BARRES D’ACIER __________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. M 3 100 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux métalliques teneur élevée en soufre et souvent aussi en plomb, deux éléments favorisant l’usinabilité. Parmi les autres secteurs d’activité, citons pour exemples d’application : — dans l’industrie automobile (principale utilisatrice en voie directe ou par le biais de ses sous-traitants) : G des éléments d’ensembles directionnels : axe de volant, crémaillère, biellettes, G des éléments d’organes de suspension : barres de torsion, barres anti- dévers, ressorts, tiges d’amortisseur, G des équipements de sièges, des ﬁxations de ceinture de sécurité ; — dans l’électroménager : axes de rotor ; — dans le machinisme agricole et de travaux publics : tiges de vérins, arbres de transmission ; — dans le domaine de l’outillage : tournevis, forets ; — en serrurerie : paumelles, pênes ; — en mécanique générale : guides, supports, glissières, axes... 1. Étirage 1.1 Principe L’étirage est une déformation à froid par passage d’une ébauche laminée, appelée parfois mise, au travers d’une ﬁlière de section plus petite et de forme appropriée au proﬁl et à la dimension à obte- nir. Cette transformation met à proﬁt la plasticité de l’acier et s’accompagne d’un phénomène d’écrouissage (cf. § 1.3.1). Cette technique s’apparente d’assez près au tréﬁlage [1], mais s’en différencie sur plusieurs points : — l’étirage couvre une gamme dimensionnelle plus étendue et concerne des sections plus importantes ; il en découle que les vites- ses de passage sont moins élevées ; — l’ébauche est sous forme de fil machine ou de barres, mais le produit fini est presque toujours en barres (sauf quelques spécifici- tés et des petites sections qui peuvent être présentées en rouleaux) ; — on n’utilise en général qu’une seule filière par passe d’étirage, et tout au plus deux très rarement. L’étirage permet d’obtenir des ronds, des hexagones, des carrés et des produits plats, mais aussi des proﬁls de forme plus compli- quée qu’il serait trop difﬁcile ou trop onéreux de produire par lami- nage. Il est d’usage de quantiﬁer la déformation à l’aide des paramètres déﬁnis ci-dessous : — le taux de réduction de section : avec S0 section initiale, S section ﬁnale ; — le taux d’allongement ; la déformation se faisant à volume constant, la diminution de section entraîne une augmentation de longueur exprimée en pourcentage par le coefficient : — la déformation rationnelle, utilisée dans les méthodes de cal- cul de procédé, définie par : 1.2 Pratique de l’étirage Les réductions appliquées normalement aux dimensions trans- versales des proﬁls simples (ronds, hexagones et carrés) obtenus à partir d’une ébauche de forme identique sont résumées dans le tableau 1. Le taux de réduction est modulé en fonction de la résistance des aciers qui, à quelques exceptions près, hormis les aciers à outils, sont pratiquement tous étirables. Lorsque le taux de réduction dépasse 30 %, la transformation peut devoir être effectuée en deux passes et, parfois, être accompagnée d’un recuit intermédiaire. En outre, lorsque la résistance dépasse 800 N/mm2, il est conseillé de procéder à un recuit préalable ou à tout autre traitement approprié pour la faire diminuer (par exemple, hypertrempe pour les aciers austénitiques). τ % S0 S Ð S0 - - - - - - - - - - - - - - - - = 100 × a % S0 S Ð S0 - - - - - - - - - - - - - - - - 100 × = Tableau 1 – Réductions sur les dimensions transversales des produits simples Cote étirée (mm) Diminution (mm) Réduction τ (%) de 5 à 12 0,5 à 1 30 à 8 % de 13 à 20 1 à 1,5 20 à 9 % de 21 à 30 1,5 à 2 17 à 9 % de 31 à 40 2 à 2,5 14 à 9 % de 41 à 60 2,5 à 3 13 à 8 % ε S0 S - - - - - - ln = _________________________________________________________________________________________________ CALIBRAGE À FROID DES BARRES D’ACIER Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux métalliques M 3 100 − 3 Pour pallier la disparition progressive d’ébauches hexagonales et carrées de petites sections, la tendance à présent est de fabriquer les hexagones jusqu’à 19 mm et les carrés jusqu’à 10 mm à partir de ronds. Cette technique ne s’applique cependant qu’aux aciers duc- tiles car le taux de réduction est alors nettement plus élevé que la normale. Les dimensions inférieures ou égales à 13 mm sont obtenues nor- malement à partir de couronnes. Entre 13 et 40 mm, selon les équipements disponibles, les ébau- ches sont en barres ou en couronnes. Au-delà de 40 mm, les ébauches sont toujours en barres. Dans tous les cas, la gamme opératoire comporte quatre opéra- tions principales : — un décalaminage ; — l’étirage proprement dit ; — une coupe ; — le dressage. 1.2.1 Étirage des barres 1.2.1.1 Décalaminage L’opération a pour but de débarrasser l’acier de la couche d’oxydes qui le recouvre. Ces oxydes très durs et dénués de plasti- cité s’incrusteraient dans l’acier et détérioreraient la ﬁlière. On distingue deux sortes de décalaminage. I Le décalaminage mécanique par grenaillage a considérablement progressé au cours des deux dernières décennies et est assujetti à beaucoup moins de contraintes que le décapage, vis-à-vis de la législation en matière de protection de l’environnement. Le procédé consiste à projeter de la grenaille d’acier à des vitesses de l’ordre de 50 à 100 m/s au moyen de turbines sur les barres déﬁlant en nappes et sufﬁsamment espacées, ou séparément (comme ce sera le cas pour du ﬁl), à l’intérieur d’une chambre [2]. La grenailleuse est approvisionnée en grenaille sphérique ou angulaire de calibre choisi (0,4 à 0,8 mm) suivant la nature des aciers et l’adhérence de la calamine, en cherchant le meilleur compromis : on choisira de préférence une grenaille angulaire et plus grosse si les aciers alliés prédominent et une grenaille ﬁne sphérique pour les aciers doux. La grenaille se fragmente et s’use progressivement. Elle est récu- pérée à la partie inférieure de la machine et recyclée. Les particules ﬁnes, inférieures à 0,15 mm, constituées de grenaille usée et de cala- mine pulvérulente, sont séparées en permanence et compensées par des apports de grenaille neuve. Il est préférable que les ajouts soient faits régulièrement par petites quantités aﬁn que la granulo- métrie du mélange opératoire, qui conditionne l’efﬁcacité du gre- naillage et l’aspect de surface du produit ﬁni, reste stable. I uploads/Industriel/ calibrage-a-froid-des-barres-d-x27-acier-jean-pierre-pottelette.pdf