PREMIERE APPROCHE DE LA TECHNIQUE DE MISE EN FORME DES MATERIAUX PAR 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 Forge par estampage 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

PLAN DE LA PIECE USINEE Matière : 30Mn5

ADAPTATION A L’ESTAMPAGE Arrondis d’arêtes Dépouilles Plan de joint Congés de raccordement Surépaisseurs d’usinage Cordon de bavure

PLAN DE LA PIECE ESTAMPEE Plan de joint : Plan, passant par la plus grande section Surépaisseurs : De 1 à 1,5 mm Dépouilles 1° Arrondis d’arêtes 1 mm Congés de raccordement 5 mm Cordon de bavure Ep : 1,5 mm ; larg. = 6 mm

GAMME DE FABRICATION De l’utilité ou non d’une opération intermédiaire Obligatoire Défaut systématique

GAMME DE FABRICATION De l’utilité ou non d’une opération intermédiaire Obligatoire Défaut systématique Finition directe

GAMME DE FABRICATION De l’utilité ou non d’une opération intermédiaire Obligatoire Ebauche intermédiaire

GAMME DE FABRICATION De l’utilité ou non d’une opération intermédiaire Obligatoire Finition après ébauche

GAMME DE FABRICATION De l’utilité ou non d’une opération intermédiaire 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

GAMME DE FABRICATION Positionnement du lopin sans opération intermédiaire Le lopin est correctement centré dans la gravure de finition La longueur du lopin est inférieure à 2,5 D

Tracé d’une opération intermédiaire (écrasement) GAMME DE FABRICATION Tracé d’une opération intermédiaire (écrasement) Le lopin est correctement centré dans l’opération d’écrasement

Tracé d’une opération intermédiaire (écrasement) GAMME DE FABRICATION Tracé d’une opération intermédiaire (écrasement) L’opération d’écrasement est elle-même correctement centrée dans l’opération de finition

POSTE DE TRAVAIL Cisaille à lopins Robot Chauffeuse par induction Presse d’estampage Presse d’ebavurage Ref. contrôlé Convoyeur Convoyeur

DEBIT Lopins cisaillés La machine

Principe du cisaillage DEBIT 1 : Barre 2 : Lopin 3 : Lame fixe 4 : Lame mobile 5 : Serre barre 6 : Support lopin Principe du cisaillage

CHAUFFAGE PAR INDUCTION La machine

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 Principe du chauffage par induction

CHAUFFAGE PAR INDUCTION 2C35 : 1200 – 900°C 40CrMoV12 : 1150 – 1000°C Diagramme Fer - carbone

CHAUFFAGE PAR INDUCTION vitesse2 peau - La peau s’échauffe plus vite que le coeur - La vitesse de chauffage est plus lente après la perte du magnétisme (Point de Curie) coeur vitesse1 - La température est uniforme en fin de chauffage - La durée de chauffage est faible Echauffement d’un lopin

Principe de fonctionnement PRESSE D’ESTAMPAGE La machine Principe de fonctionnement

PRESSE D’ESTAMPAGE 5 3 3 6 7 4 4 9 2 2 9 1 8 8 1- bâti 4- bielle 7- frein 2- coulisseau 5- volant d’inertie 8- éjecteurs 3- excentrique 6- embrayage 9- réglage de la longueur bielle

OUTILLAGE D’ESTAMPAGE Vue d’ensemble de l’outillage

OUTILLAGE D’ESTAMPAGE 2 1- Porte insert 2- Insert 1 3- Clavette 4- Ejecteur 3 4 Vue de l’outillage de finition

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 45 36 MPa 1850 1900 2000 1500 1200

OUTILLAGE D’ESTAMPAGE Matériau d’outillage : X38CrMoV5-3 Perlite Ausénite + carbures Bainite Martensite

OUTILLAGE D’ESTAMPAGE Traitement superficiel de nitruration

MISE EN FORME PAR ESTAMPAGE Modélisation du comportement du matériau forgé 800°C La contrainte d’écoulement diminue lorsque la température augmente 1000°C 1200°C

MISE EN FORME PAR ESTAMPAGE Modélisation du comportement du matériau forgé 10mm/s/mm La contrainte d’écoulement augmente lorsque la vitesse de déformation augmente 1mm/s/mm 0,1mm/s/mm

MISE EN FORME PAR ESTAMPAGE Résultats de la simulation numérique Opération préliminaire 1 2 3 4

MISE EN FORME PAR ESTAMPAGE Résultats de la simulation numérique Opération préliminaire

MISE EN FORME PAR ESTAMPAGE Résultats de la simulation numérique Opération préliminaire : Courbe d’effort 4 3 2 1

MISE EN FORME PAR ESTAMPAGE Résultats de la simulation numérique Finition 1 2 3 4

MISE EN FORME PAR ESTAMPAGE Résultats de la simulation numérique Finition

MISE EN FORME PAR ESTAMPAGE Résultats de la simulation numérique Finition: Courbe d’effort 4 3 2 1

EBAVURAGE - DEBOUCHAGE Vue d’ensemble de l’outillage

EBAVURAGE - DEBOUCHAGE 4 2 1- Support de pièce 3 2- Poinçon 3- Découpe 5 4- Extracteur de pièce 1 5- Extracteur de bavure Vue des outils spécifiques

EBAVURAGE - DEBOUCHAGE 1 2 Principe

EBAVURAGE - DEBOUCHAGE 3 4 Principe

EBAVURAGE - DEBOUCHAGE 5 6 Principe

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 Traitements thermiques directs sur chaleur résiduelle d’estampage Evolution à moyen terme : fusion forgeage - traitements thermomécaniques Traitements thermomécaniques

ASPECTS METALLURGIQUES DU FORGEAGE Evolution de la taille de grain au cours du forgeage 0,2 mm

ASPECTS METALLURGIQUES DU FORGEAGE Refroidissement contrôlé après estampage Obtention d’une structure bainitique sur un acier 35MnV7

ASPECTS METALLURGIQUES DU FORGEAGE Différents aciers et traitements possibles