PREMIERE APPROCHE DE LA TECHNIQUE DE MISE EN FORME DES MATERIAUX PAR FORGEAGE Initiation à partir...

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