Smithy Secrets :une introduction aux méthodes de forgeage

Comment les installations de forgeage modernes transforment-elles le métal en pièces forgées ?

Qu'est-ce que la forge ?

Le forgeage est un processus de fabrication impliquant la mise en forme d'un métal par martelage, pressage ou laminage. Ces forces de compression sont délivrées avec un marteau ou une matrice. Le forgeage est souvent classé en fonction de la température à laquelle il est effectué :forgeage à froid, à chaud ou à chaud.

Une large gamme de métaux peut être forgée. Les métaux typiques utilisés dans le forgeage comprennent l'acier au carbone, l'acier allié et l'acier inoxydable. Les métaux très doux tels que l'aluminium, le laiton et le cuivre peuvent également être forgés. Le processus de forgeage peut produire des pièces avec de superbes propriétés mécaniques avec un minimum de déchets. Le concept de base est que le métal d'origine est déformé plastiquement à la forme géométrique souhaitée, ce qui lui confère une résistance et une résistance à la fatigue plus élevées. Le processus est économiquement sain avec la capacité de produire des pièces en masse et d'obtenir des propriétés mécaniques spécifiques dans le produit fini.

Histoire de la forge

La forge est pratiquée par les forgerons depuis des milliers d'années. Au début, le bronze et le cuivre étaient les métaux forgés les plus courants, à l'âge du bronze :plus tard, lorsque la capacité de contrôler la température et le processus de fusion du fer ont été découverts, le fer est devenu le principal métal forgé. Les produits traditionnels comprennent les ustensiles de cuisine, la quincaillerie, les outils à main et les armes blanches. La révolution industrielle a permis au forgeage de devenir un processus de production de masse plus efficace. Depuis lors, le forgeage a évolué avec les progrès de l'équipement, de la robotique, des commandes électroniques et de l'automatisation. Le forgeage est désormais une industrie mondiale avec des installations de forgeage modernes produisant des pièces métalliques de haute qualité dans une vaste gamme de tailles, de formes, de matériaux et de finitions.

Méthodes de forgeage

Il existe plusieurs méthodes de forgeage avec des capacités et des avantages différents. Les méthodes de forgeage les plus couramment utilisées incluent les méthodes de matriçage, ainsi que le forgeage par roulage.

Matriçage

Le matriçage tire son nom du processus de chute d'un marteau sur le métal pour le mouler dans la forme de la matrice. La matrice fait référence aux surfaces qui entrent en contact avec le métal. Il existe deux types de matriçage :le forgeage à matrice ouverte et le forgeage à matrice fermée. Les matrices sont généralement de forme plate, certaines ayant des surfaces de forme distincte pour des opérations spécialisées.

Matriçage libre (forge forgé)

Le forgeage à matrice ouverte est également connu sous le nom de forgeage forgeron. Un marteau frappe et déforme un métal sur une enclume fixe. Dans ce type de forgeage, le métal n'est jamais complètement confiné dans les matrices, ce qui lui permet de s'écouler sauf dans les zones où il est en contact avec les matrices. Il est de la responsabilité de l'opérateur d'orienter et de positionner le métal pour obtenir la forme finale souhaitée. Des matrices plates sont utilisées, certaines ayant des surfaces spécialement formées pour des opérations spécialisées. Le forgeage libre convient aux pièces simples et volumineuses, ainsi qu'aux composants métalliques personnalisés.

Avantages du forgeage libre :

• Meilleure résistance à la fatigue et résistance
• Réduit les risques d'erreur et/ou de trous
• Améliore la microstructure
• Flux de grain continu
• Taille de grain plus fine

Matriçage en matrice fermée (matrice d'impression)

Le forgeage à matrice fermée est également connu sous le nom de forgeage à matrice d'impression. Le métal est placé dans une matrice et attaché à une enclume. Le marteau tombe sur le métal, le faisant couler et remplir les cavités de la matrice. Le marteau est chronométré pour entrer en contact avec le métal en succession rapide sur une échelle de millisecondes. L'excès de métal est expulsé des cavités de la matrice, ce qui entraîne une bavure. Le flash refroidit plus rapidement que le reste du matériau, ce qui le rend plus résistant que le métal de la matrice. Après forgeage, le flash est retiré.

Pour que le métal atteigne le stade final, il est déplacé à travers une série de cavités dans une matrice :

1. Impression de bordure (également connue sous le nom de foulage ou de pliage)
   La première empreinte utilisée pour mouler le métal en une forme brute.

2. Bloquer les caries
   Le métal est façonné dans une forme qui ressemble davantage au produit final. Le métal est façonné avec des courbures et des filets généreux.

3. Cavité d'empreinte finale
   Étape finale de finition et de finition du métal dans la forme souhaitée.

Avantages du forgeage à matrice fermée :

• Produit des pièces jusqu'à 25 tonnes
• Produit des formes presque nettes qui ne nécessitent qu'une petite quantité de finition
• Économique pour la production lourde

Matriçage

Le forgeage par laminage consiste en deux rouleaux horizontaux cylindriques ou semi-cylindriques qui déforment une barre ronde ou plate. Cela permet de réduire son épaisseur et d'augmenter sa longueur. Cette barre chauffée est insérée et passée entre les deux rouleaux - contenant chacun une ou plusieurs rainures profilées - et est formée au fur et à mesure de son enroulement dans la machine. Ce processus se poursuit jusqu'à ce que la forme et la taille souhaitées soient atteintes.

Avantages du forgeage automatique :

• Produit peu ou pas de déchets de matériaux
• Crée une structure de grain favorable dans le métal
• Réduit la section transversale du métal
• Produit des extrémités coniques

Presse à forger

Le forgeage à la presse utilise une pression ou une force lente et continue, au lieu de l'impact utilisé dans le forgeage au marteau. La course plus lente du bélier signifie que la déformation est plus profonde, de sorte que tout le volume du métal est uniformément affecté. À l'opposé, dans le forgeage au marteau-pilon, la déformation n'est souvent qu'au niveau de la surface tandis que l'intérieur du métal reste quelque peu non déformé. En contrôlant le taux de compression dans le forgeage à la presse, la déformation interne peut également être contrôlée.

Avantages du forgeage à la presse :

• Économique pour la production lourde
• Plus grande précision dans les tolérances entre 0,01 et 0,02 pouce
• Les matrices ont moins de dépouille, ce qui permet une meilleure précision dimensionnelle
• La vitesse, la pression et le déplacement de la matrice sont contrôlés automatiquement
• L'automatisation des processus est possible
• La capacité des presses varie de 500 à 9 000 tonnes

Forgeage contrarié

Le forgeage bouleversé est un procédé de fabrication qui augmente le diamètre du métal en comprimant sa longueur. Les presses à manivelle, une machine spéciale à grande vitesse, sont utilisées dans les processus de forgeage bouleversés. Les presses à manivelle sont généralement placées sur un plan horizontal pour améliorer l'efficacité et l'échange rapide de métal d'une station à l'autre. Des presses à manivelle verticales ou une presse hydraulique sont également des options.

Avantages du forgeage bouleversé :

• Taux de production élevé jusqu'à 4 500 pièces par heure
• L'automatisation complète est possible
• Élimination de l'ébauche et de la bavure de forge
• Produit peu ou pas de déchets

Forgeage à chaud automatique

Dans le forgeage à chaud automatique, des barres d'acier de la longueur d'un laminoir sont insérées à une extrémité de la machine à forger à température ambiante, et des produits forgés à chaud sortent de l'autre extrémité. La barre est chauffée avec des bobines d'induction haute puissance à une température allant de 2190 à 2370 ° F en moins de 60 secondes. La barre est détartrée avec des rouleaux et partagée en flans. À ce stade, le métal est transféré à travers plusieurs étapes de formage qui peuvent être couplées à des opérations de formage à froid à grande vitesse. Typiquement, l'opération de formage à froid est réservée à l'étape de finition. Ce faisant, les avantages du travail à froid peuvent être récoltés tout en maintenant la vitesse élevée du forgeage à chaud automatique.

Avantages du forgeage à chaud automatique :

• Taux de sortie élevé
• Acceptation de matériaux à faible coût
• Main-d'œuvre minimale requise pour faire fonctionner les machines
• Produit peu ou pas de déchets de matériaux (économies de matériaux entre 20 et 30 % par rapport au forgeage conventionnel)

Forgeage de précision (forgeage net ou quasi net)

Le forgeage de précision nécessite peu ou pas d'usinage final. Il s'agit d'une méthode de forgeage développée pour minimiser les coûts et les déchets associés aux opérations de post-forgeage. Des économies sont réalisées grâce à la réduction des matériaux et de l'énergie, ainsi qu'à la réduction de l'usinage.

Forgeage isotherme

Le forgeage isotherme est un processus de forgeage où le métal et la matrice sont chauffés à la même température. Le chauffage adiabatique est utilisé - il n'y a pas de transfert net de masse ou d'échange thermique entre le système et l'environnement extérieur. Les changements sont tous dus à des changements internes entraînant des taux de déformation hautement contrôlés. En raison de la perte de chaleur plus faible, des machines plus petites peuvent être utilisées pour ce processus de forgeage.