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

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1 PREMIERE APPROCHE DE LA TECHNIQUE DE MISE EN FORME DES MATERIAUX PAR FORGEAGE
Initiation à partir d’un exemple

2 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.

3 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

4 PLAN DE LA PIECE USINEE Matière : 30Mn5

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

6 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

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

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

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

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

11 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

12 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

13 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

14 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

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

16 DEBIT Lopins cisaillés La machine

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

18 CHAUFFAGE PAR INDUCTION
La machine

19 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

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

21 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

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

23 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

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

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

26 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) °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

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

28 OUTILLAGE D’ESTAMPAGE
Traitement superficiel de nitruration

29 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

30 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

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

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

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

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

35 MISE EN FORME PAR ESTAMPAGE
Résultats de la simulation numérique Finition

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

37 EBAVURAGE - DEBOUCHAGE
Vue d’ensemble de l’outillage

38 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

39 EBAVURAGE - DEBOUCHAGE
1 2 Principe

40 EBAVURAGE - DEBOUCHAGE
3 4 Principe

41 EBAVURAGE - DEBOUCHAGE
5 6 Principe

42 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

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

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

45 ASPECTS METALLURGIQUES DU FORGEAGE
Différents aciers et traitements possibles