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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 652 − 1 Mise en forme de l’aluminium Tréﬁlage et étirage par Rémi CHARPIGNY Ingénieur développement à la société Cégédur Péchiney paragraphe Tréﬁlage et Robert NOSSENT Directeur Qualité société Aviatube paragraphe Étirage n tant que procédés, le tréﬁlage et l’étirage sont comparables. Ils consistent à déformer une ébauche au travers d’une ﬁlière. Le tréﬁlage est plus spéci- ﬁque aux ﬁls, l’étirage aux tubes et aux barres. Le tréﬁlage comme l’étirage peuvent avoir plusieurs objectifs : — réduire à des dimensions plus faibles une ébauche filée ou laminée ; en effet, le filage ou le procédé CLC ne permettent pas d’obtenir directement de petits fils, de petites barres ou de tubes à parois minces ; — calibrer des produits filés de manière à réaliser des tolérances, dimension- nelles plus étroites que celles possibles par filage (cf. normes dans le fascicule Documentation) ; — augmenter les caractéristiques mécaniques des ébauches obtenues à chaud. I Les demi-produits obtenus par tréﬁlage sont destinés à des applications électriques et mécaniques. Le marché français des conducteurs électriques a été de 75 000 t en 1984, 79 000 t en 1985 et 77 000 t en 1986. On y trouve les câbles nus de transport d’énergie, les câbles isolés de distribution d’énergie ainsi que des câbles souples et de la ﬁlerie domestique. Les applications mécaniques regroupent des produits aussi variés que les rivets civils et aéronautiques, les aiguilles à tricoter ou le ﬁl soudure. La palette de produits y est très large. En 1986, le marché européen des applications mécaniques avoisinait 18 000 t en 1983 ; aux États-Unis, il atteignait 60 000 t. Au niveau du cahier des charges, les ﬁls pour applications mécaniques requièrent souvent une bonne ductilité associée à un niveau élevé de caracté- ristiques mécaniques ou à une bonne isotropie de déformation. Les conducteurs électriques nécessitent un compromis caractéristiques mécaniques-résistivité électrique. 1. Tréﬁlage ...................................................................................................... M 652 - 2 1.1 Fil machine................................................................................................... — 2 1.2 Matériel......................................................................................................... — 2 2. Étirage......................................................................................................... — 4 2.1 Tubes ............................................................................................................ — 4 2.1.1 Outillage .............................................................................................. — 4 2.1.2 Lubriﬁcation ........................................................................................ — 5 2.1.3 Cycle d’étirage .................................................................................... — 6 2.1.4 Finition................................................................................................. — 6 2.2 Barres............................................................................................................ — 6 2.2.1 Outillage .............................................................................................. — 6 2.2.2 Cycle d’étirage .................................................................................... — 6 2.2.3 Finition................................................................................................. — 6 2.3 Défauts.......................................................................................................... — 6 3. Procédé Conform..................................................................................... — 7 Références bibliographiques ......................................................................... — 8 E MISE EN FORME DE L’ALUMINIUM ________________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. M 652 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux métalliques I Les barres étirées sont utilisées essentiellement pour des applications mécaniques nécessitant un usinage (décolletage, ﬁlage par choc) ou sont des- tinées à la forge ou au matriçage. Les tubes étirés ont de nombreuses applications variées telles que les échan- geurs thermiques pour l’automobile, les canalisations hydrauliques (aéronefs, matériel roulant), les équipements de loisir (cycles, ailes volantes, ﬂèches d’arc, etc.). Ils nécessitent un aspect de surface soigné. Le marché européen des barres de décolletage était de 64 000 t en 1983 et 65 000 t en 1984. Le marché européen des tubes pour échangeurs thermiques (chauffage et refroidissement) pour l’automobile était pour les deux mêmes années respec- tivement de 3 000 t et 3 200 t. Le marché des ailes volantes et des véhicules motorisés ultralégers repré- sentait en Europe, en 1984, 200 t. Le marché des ﬂèches d’arc représente, aux États-Unis en 1986, plus de 20 millions d’unités par an (≈ 500 t). Le lecteur pourra se reporter pour les généralités sur l’étirage et le tréﬁlage aux articles « Calibrage à froid des barres d’acier » [M 3 100] et « Tréﬁlage de l’acier » [M 645] dans ce traité. 1. Tréﬁlage 1.1 Fil machine Le tréﬁlage utilise comme produit de départ le ﬁl machine dont le diamètre varie de 7,5 à 20 mm. Il est obtenu à partir du métal liquide selon deux procédés différents. La ﬁgure 1 compare les étapes relatives au procédé conventionnel et au procédé CLC (coulée et laminage continus). Le procédé CLC consiste à effectuer le laminage continu d’une ébauche obtenue par solidiﬁcation de métal liquide dans la gorge d’une roue de coulée (ﬁgure 2). La section de l’ébauche varie entre 1 000 et 4 000 mm2 (ﬁgure 3) Les bobines de ﬁl machine en aluminium et ses alliages dispo- nibles sur le marché pèsent de 1 à 4 t. Elles servent de matières premières au tréﬁlage. Elles sont livrées, selon les alliages, soit brutes de fabrication, soit après avoir subi un traitement ther- mique, le plus souvent une homogénéisation ou une mise en solu- tion suivie d’une trempe. La charge à rupture de ﬁl machine varie selon les alliages de 60 MPa (1 050 recuit) à près de 350 MPa (5 183 homogénéisé). 1.2 Matériel Les principaux types de tréﬁleuses sont : — les machines monopasses ; — les machines multiples (tréfileuses continues, tréfileuses à accumulation, tréfileuses à glissement). Figure 1 – Comparaison des procédés de fabrication de ﬁl machine Figure 2 – Procédé de coulée et laminage continu ________________________________________________________________________________________________________ MISE EN FORME DE L’ALUMINIUM Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux métalliques M 652 − 3 Pour plus de détails sur ces machines, se reporter à l’article Tréﬁlage de l’acier dans ce traité [5]. Pour les ﬁls ﬁns, il existe une tréﬁleuse sans glissement permet- tant de tréﬁler à grande vitesse l’aluminium jusqu’à 0,15 mm de diamètre, en partant d’un ﬁl de 0,5 mm environ (Lutz et Krempp). Le choix de la machine à tréﬁler se fait en fonction de l’alliage et de la réduction de section recherchée. Les machines monopasses sont à conseiller pour les alliages durs nécessitant des recuits inter- médiaires en cours de tréﬁlage (série 2 000 et 7 000) ou pour les faibles réductions de section. Les autres machines sont préconisées toutes les fois que la déformation à froid imposée par le tréﬁlage en un passage machine ne sature pas l’aptitude à l’écrouissage du métal. Pour un même ﬁl de départ, et pour une même réduction de sec- tion, les caractéristiques mécaniques sur ﬁl brut d’écrouissage sont fonction des moyens de tréﬁlage adoptés (type de tréﬁleuse, gamme de réduction, vitesse, etc.). Réaliser le tréﬁlage d’un ﬁl dans de bonnes conditions nécessite de contrôler, entre autres, la géométrie des ﬁlières et la lubriﬁcation. Un bon tréﬁlage permet de sortir un ﬁl exempt de défauts, sauf si la santé du métal de départ est mauvaise. De plus, la différence de comportement au tréﬁlage des alliages d’aluminium impose d’adapter les gammes de transformation, et ce, en fonction du cahier des charges. I Filières Différents types de ﬁlières sont utilisés. Les plus répandues sont les ﬁlières en carbure de tungstène. Des ﬁlières diamant sont éga- lement employées, pour les forts tonnages principalement. Leur investissement est plus lourd mais leur durée de vie est fortement accrue. Le diamant est soit naturel (utilisé exclusivement aux petits diamètres), soit synthétique. La géométrie des ﬁlières conseillées se compose, en général (ﬁgure 4) : — d’un cône de travail suffisamment long pour servir de réserve de lubrifiant, avec un angle d’entrée très ouvert (90o par exemple) ; — d’un angle du cône de travail de 16 à 12o ; — d’une portée de longueur inférieure ou égale au 1/4 du diamètre (pour les filières carbure, largement les plus utilisées). En tête de tréﬁlage, un roller-die peut être utilisé. Deux paires de galets de forme y assurent le laminage du ﬁl (ﬁgure 5). La tête roller-die est montée libre. La traction du ﬁl est réalisée par le premier cabestan de la tréﬁleuse aval. Un ébauchage par roller-die semble favorable pour les alliages durs. I Lubriﬁant La déformation brutale en continu du métal dans une ﬁlière de tréﬁlage nécessite l’emploi d’un lubriﬁant qui limite des frottements métal/ﬁlière. Le lubriﬁant a donc pour rôle de : — limiter l’effort à exercer pour obtenir la déformation du métal ; — assurer un régime de lubrification stable ; — éviter l’apparition de défauts en surface du fil. Un bon lubriﬁant de tréﬁlage doit donc posséder comme propriétés : — une viscosité suffisante ; — une bonne résistance à la mise en pression ; — une bonne résistance à la température ; — une bonne résistance au cisaillement ; — une bonne stabilité chimique dans le temps. En pratique, selon les tréﬁleuses, le lubriﬁant est soit une huile minérale pure, soit une graisse soluble [1]. I Écrouissage et traitement thermique Au tréﬁlage, le comportement d’un ﬁl est fonction de la nature de l’alliage qui le constitue et de son état métallurgique. Certains alliages peuvent être tréﬁlés au diamètre ﬁnal sans recuit inter- médiaire, d’autres non. La ﬁgure 6 compare les courbes d’écrouis- sage de ﬁls machine CLC en différents alliages. Un recuit intermédiaire permet d’adoucir le métal en lui redon- nant une ductilité perdue par écrouissage lors uploads/Industriel/ mise-en-forme-de-l-x27-aluminium-trefilage-et-etirage.pdf